Совершенствование методов анализа причин разрушения аппаратов при техногенных авариях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Ягафаров, Рустем Равилевич

• Ягафаров, Рустем Равилевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ягафаров, Рустем Равилевич

Введение

Глава 1 Техногенные аварии в нефтегазовой отрасли

1.1 Статистика по техногенным авариям в нефтегазовой отрасли

1.2 Ущерб от последствий техногенных аварий в нефтегазовой отрасли

1.3 Методы анализа причин возникновения аварий в нефтегазовой отрасли

1.4 Характерные особенности развития аварий на предприятиях нефтехимпереработки

Выводы по главе

Глава 2 Моделирование деформирования колонных аппаратов в неравномерном температурном поле

2.1 Описание аварии на установке АВТ

2.2 Расчетная схема и особенности моделирования методом конечных элементов

2.3 Результаты моделирования

Выводы по главе

Глава 3 Моделирование процесса деформирования и разрушения обвязки колонных аппаратов при пожаре

3.1 Описание аварии на установке АВТМ

3.2 Расчетная схема и особенности моделирования процесса деформирования и разрушения обвязки колонных аппаратов при пожаре

3.3 Результаты моделирования деформирования линзового компенсатора в рабочих условиях и при аварии

3.4 Учет влияния накопления повреждений в конструкционном материале на разрушение при аварии

Выводы по главе

Глава 4 Разработка алгоритма анализа причин разрушения 80 аппаратов

4.1. Влияние структурных факторов на механические 83 свойства и развитие процессов разрушения ферритно-перлитных сталей

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов анализа причин разрушения аппаратов при техногенных авариях»

На производственных площадях химических и нефтеперерабатывающих предприятий сосредоточены большие массы взрывоопасных и токсичных продуктов, обладающих большой потенциальной опасностью. Предприятия нефте-химпереработки, на которых перерабатываются, получаются и хранятся взры-во- и пожароопасные вещества, а также используется технологическое оборудование, работающее при высоких температурах и давлениях, относятся к опасным производственным объектам, согласно Федеральному закону от 21.07.97г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». Снятие в последние годы ограничений по освещению аварий и катастроф позволило привлечь внимание общественности к проблеме промышленной безопасности. На химико-технологических объектах России за 1970-2004гг. произошло примерно 300 крупных промышленных аварий с тяжёлыми последствиями и уменьшение их числа за последние годы не отмечается, как в силу объективных причин (значительная изношенность оборудования), так и субъективных (человеческий фактор). Для существенного сокращения или устранения негативных последствий аварий необходимы исследования, позволяющие прогнозировать развитие аварийных ситуаций и учитывать их при составлении планов ликвидации аварийных ситуаций на опасных производственных объектах. Эти вопросы рассматриваются на примерах аппаратов колонного типа, применяемых на установках первичной переработки нефти.

Цель работы

Разработка научно-методических основ анализа реальных причин разрушения аппаратов в результате возникновения пожара и его ликвидации.

Задачи исследований

1. Сбор и анализ статистической информации по техногенным авариям в нефтегазовой отрасли.

2. Моделирование процесса деформирования колонных аппаратов и обвязки при развитии пожара.

3. Определение алгоритма анализа развития аварийных ситуаций.

Научная новизна

1. В процессе моделирования напряженно-деформированного состояния колонных аппаратов с различными геометрическими размерами, находящихся под воздействием неравномерного температурного поля, возникшего в результате пожара, определены предельные состояния конструкций из сталей ВСтЗсп, 09Г2С, 15Х5М, 12Х18Н10Т, предшествующие разрушению.

2. Определена последовательность разрушения крепежных элементов колонного аппарата при возникновении изгибных деформаций в результате неравномерного нагрева оболочки открытым пламенем и минимальное количество целых крепежных элементов, обеспечивающих вертикальное положение аппарата.

Практическая ценность

Алгоритм анализа аварийных ситуаций, предложенный в работе:

- принят к использованию для анализа последствий аварийных ситуаций в Управлении по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по РБ;

- принят к использованию экспертно-производственным центром ЭПЦ «Трубопроводсервис» при разработке планов ликвидации аварийных ситуаций на предприятиях нефтегазопереработки.

По теме диссертации опубликовано 4 работы (общим объемом 1,4 печатного листа). Основные положения доложены на международных научно-технических конференциях.

Диссертация состоит из введения, 4 разделов, 104 страниц текста, 15 таблиц, 24 рисунков, 92 источников использованной литературы.

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Ягафаров, Рустем Равилевич

Общие выводы

1) Проведён анализ 200 аварий в период с 1980г. по 2003г. на объектах нефтехимического комплекса России и отмечено, что причинами являются как объективные (значительная изношенность оборудования), так и субъективные (человеческий фактор). Количество происходящих аварий из года в год не уменьшается и имеется устойчивая тенденция к увеличению суммы ущерба от их последствий.

В результате анализа выявлены однотипные случаи возникновения и развития аварийных ситуаций в результате воздействия неравномерного температурного поля при одностороннем действии открытого огня и (или) при тушении пожара. Этот фактор не учитывается при ликвидации аварийных ситуаций, при проведении технического расследования причин аварии и при разработке планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций на объектах.

2) Выявлено, что при неравномерном тушении пожара, либо одностороннем действии огня колонный аппарат оказывается под воздействием неравномерного температурного поля. Моделирование реальных аварийных ситуаций с помощью МКЭ позволило выявить возникновение изгибных напряжений, достигающих критической величины в крепежных деталях, в элементах обвязки, способных привести к падению аппарата, либо к нарушению обвязки и разгерметизации системы.

3) В процессе моделирования напряженно-деформированного состояния колонных аппаратов с различными геометрическими размерами, находящихся под воздействием неравномерного температурного поля, возникшего в результате пожара, определены предельные состояния конструкций из сталей ВСтЗсп, 09Г2С, 15Х5М, 12Х18Н1 ОТ предшествующие разрушению.

4) Определена последовательность разрушения крепежных элементов колонного аппарата при возникновении изгибных деформаций в результате неравномерного нагрева оболочки открытым пламенем и минимальное количество целых крепежных элементов, обеспечивающих вертикальное положение аппарата.

5) Предложено при расчете предельных состояний оборудования учитывать коэффициентов концентрации напряжений в дефектах анкерных болтов.

6) Предложен алгоритм анализа последствий аварийных ситуаций для выяснения истинных причин.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ягафаров, Рустем Равилевич, 2005 год

1. Федеральный закон "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" от 21.07.97 № 116-ФЗ (с изм. 07.08.00 г.).

2. Положение о порядке технического расследования причин аварий на опасных производственных объектах (РД 03-293-99) (утв. постановлением Госгортехнадзора России от 08.06.99 N 40).

3. Доклад «О состоянии промышленной безопасности опасных производственных объектов, рационального использования и охраны недр Российской Федерации в 2003 году» правительству РФ начальника Федерального горного и промышленного надзора России Кульечева В.А.

4. Информационный бюллетень Госгортехнадзора России № 3 ГУП НТЦ «Промышленная безопасность, 2002г. - с. 72.

5. ГОСТ Р 22.10.01-2001. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Оценка ущерба. Термины и определения

6. Федеральный закон "Об обязательном социальном страховании от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний" от 24.7.98 N 125-ФЗ (с изм. на 11.02.02 г.).

7. Определение экономических потерь от пожаров: Методические рекомендации. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1990.

8. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение. Бесчастнов М.В. -М., Химия, 1991.-432. с.

9. Методические указания о порядке разработки плана локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) на химико-технологических объектах РД 09-536-03 (утв. постановлением Госгортехнадзора России от 18.04.03 № 14).

10. Ю.Кузеев М.И. Закономерности накопления повреждений в сварных соединениях оболочек реакторов установок замедленного коксования.- Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук., Уфа: УГНТУ, 2000 117 с.

11. Кузеев И.Р., Баязитов М.И., Куликов Д.В., Чиркова А.Г. Высокотемпературные процессы и аппараты для переработки углеводородного сырья — Уфа: Гилем, 1999. 325 с.

12. Сызранцев В.Н., Сызранцева К.В. Расчет напряженно-деформированного состояния деталей методами конечных и граничных элементов: Монография.- Издательство Курганского гос. ун-та, 2000 111 с.

13. Методические рекомендации по осуществлению идентификации опасных производственных объектов (РД 03-616-03) (введены приказом Госгор-технадзора России № 138 от 19.06.03г.))./ Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-56с.

14. М.Методические рекомендации по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах (РД 03-496-02)./ Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-41с.

15. Методические рекомендации по составлению декларации промышленной безопасности опасного производственного объекта (РД 03-357-00) / Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-78с.

16. Методические рекомендации по классификации аварий и инцидентов на опасных производственных объектах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности (РД 09-398-01) / Колл. авт.-М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-25с.

17. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09540.03) ) / Колл. авт.- М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003.-125с.

18. Бесчастнов М.В., Шаталов A.A., Ройзин И.А. Оценка уровня взрывоопас-ности пылеобразующих технологических объектов//Безопасность труда в промышленности. 1990. №8. С.39-43

19. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. -М.: Мир, 1979.352 с.

20. Секулович М. Метод конечных элементов: Пер с сербского. М.: Строй-издат, 1993. -664 с.

21. Венцель Э.С., Джан- Темиров К.Е., Трофимов A.M. Метод компенсирующих нагрузок в задачах теории тонких пластин и оболочек. Харьков: Изд. ХВВКИУРВ, 1992. 92 с.

22. Серазутдинов М.Н. Метод расчета элементов конструкций в виде оболочек// Известия вузов. Машиностроение, 1989. №10. С.6-10.

23. Серазутдинов М.Н., Гарифуллин М.Ф. Об одном подходе к расчету оболочек сложной формы//Прикл. Механика, 1991. Т.27, №11. С.19-25.

24. Серазутдинов М.Н., Недорезов O.A. Об аппроксимации срединной поверхности оболочки// Исследования по теории оболочек. Тр. семинара. Вып. 25. Казань: Казанск. физ.-техн. ин-т КНЦ АН СССР, 1990. С. 97102

25. Якупов Н.М., Серазутдинов М.Н. Расчет упругих тонкостенных конструкций сложной геометрии. Казань: ИММ РАН, 1993. 208 с.

26. Рекач В.Г., Кривошанко С.Н. Расчет оболочек сложной геометрии. М: Изд-во УДН, 1988. 176 с.

27. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986.-318 с.

28. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 511 с.

29. Голованов А.И. Сравнительный анализ различных схем расчета оболочек произвольной геометрии методом конечных элементов// Исследования потеории оболочек: Труды семинара. Вып. 21 Часть I. Казань: Казанский физ.-техн. ин-тКФАН СССР, 1988. С. 104-111.

30. Ботенкова Л.Г., Капустина С.А., Яблонко Л.С. Изопараметрический сдвиговой элемент для анализа оболочек общего вида// Прикладные проблемы прочности и пластичности. Методы решения задач упругости и пластичности. Горький, 1986. С. 61-70.

31. Сахаров A.C., Киричевский В.В., Кислоокий В.Н. и др. Метод конечных элементов в механике твердых тел. К.: Виша школа, 1982. 480 с.

32. СтренгГ., Стринг Д. Теория метода конечных элементов. М.: Мир, 1977. -350 с.

33. Корнишин М.С., Якупов Н.М. Сплайновый вариант метода конечных элементов для расчета оболочек сложной геометрии// Прикладная механика, 1987. Т.23 №3 С. 38-44.

34. Ильюшин A.A. Пластичность. -М.: Изд-во АН СССР, 1962.

35. Качанов Л.МИ. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969.

36. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учебник для студентов вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1975.-400 с.

37. Мавлютов P.P. Концентрация напряжений в элементах конструкций. -М.: Наука, 1996.-240 с.

38. Биргер И.А. Метод дополнительных деформаций в задачах теории пластичности// ИЗВ. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. -1963.- №1

39. Ван де Пупе. Составление отчетов по безопасности на предприятиях химической промышленности: Пер. с англ.//Информационный бюллетень. 1986. № 11 (866). М.: Госгортехнадзор. С. 19—28.

40. Хроники аварий //Безопасность труда в промышленности 1999 №2, С.65-69,. № 11. С. 48—55; 2000. № 6. С. 46—49; 2001. № 2. С. 43—47; 2002. № 6 С. 40—46; 2003. № 1. С. 52—57; 2004. № 1. С. 43—53; № 2. С 10—46

41. Бесчастнов М. В.//ЖВХО им. Д. И. Менделеева. 1974. Т. 19. С, 482—498; 1982. Т. 27. С. 41-49; Т. 30. С. 47—55.

42. Бесчастнов М, В. Взрывобезопасность и противоаварийная защита химико-технологических процессов. М.: Химия, 1983. 470 с.

43. Бесчастнов М. В., Соколов В. М. Предупреждение аварий в химических производствах. М.: Химия, 1979. 394 с.

44. Бесчастнов М. В., Соколов В. М., К.ац М. И. Аварии в химических производствах и меры их предупреждения. М.: Химия, 1976. 370 с.

45. Бесчастнов М. В., Шаталов А. А., Ройзин И. А. Оценка уровня взрыво-опасности пылеобразующих технологических объектов//Безопасность труда в промышленности. 1990. № 8. С. 39—43.

46. Богданов У. Хорошо, что не рвануло. Пока.//Рабочая трибуна//1990 г. 21 сентября.

47. Взрывное дело. Сборник № 75/32. Свойства взрывчатых материалов./Под ред. Дубнова Л. В. М.: Недра, 1975.

48. Временные рекомендации по разработке планов локализации аварийных ситуаций на химико-технологических объектах. М.: Госпроматомнадзор, 1990.

49. Водяник В. И. Взрывозащита технологического оборудования. Киев: Техника, 1979. 192 с.

50. Губарев В. С. Счастье и трагедия академика Легасова//Правда, 1988 г. 17 октября.

51. Евдокимова Г. Когда на работе опасно//Правда. 1989. 19 нюня.

52. Катасонов В. Ю. Заминированная страна//Литературная Россия. 1990, № 26, 27.

53. Корольченко А. Я. Пожаровзрывоопасность промышленной пыли, М.: Химия, 1986. 214 с.

54. Легасов В. А. Проблемы безопасного развития техносферы//Коммуннст, 1987. № 8. С. 92—102.

55. Легасов В. А. Мой долг рассказать об этом//Правда. 1988. 20 мая.

56. Легасов В, А., Чайное Б. Б., Черноплеков А. Н. Научные проблемы безопасности современной промышленнасти//Безопасность труда в промышленности. 1988. № 1, С. 44—51.

57. Маршалл В. Основные опасности химических производств: Пер. с англ.// Под ред, Б. Б. Чайнова, А. Н. Черноплекова. М.: Мир, 1989. 678 с.

58. Маршалл В, Взрывы паровых облаков в незамкнутом пространстве (ВПОНП): Пер. с англу/Информационный бюллетень. 1986. Кг 11 (866). М.: Госгортехнадзор.

59. Материалы по обобщению опыта ликвидации последствий катастрофы на железной дороге Челябинск — Уфа/Под ред. генерала армии В. П. Говорова, М.: 1990. 36 с.

60. Общие нормы технологического проектирования. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности ОНТНТП 24— 86. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1987. 26 с.бб.Освлин В. Бомба объемного взрыва//Техника молодежи. 1986. № 8. С. 5053.

61. Материалы расследования аварии, происшедшей на вакуумном блоке установки первичной переработки нефти АВТ-2 «Уфимского НПЗ им. XXII съезда КПСС», происшедшей 14 января 1987г.

62. Основные принципы системы управления охраной труда и техникой безопасности производств на предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. М.: Госгортехнадзор, 1988.

63. Правила поведения и действия населения при стихийных бедствиях, авариях и катастрофах. М.: Военное издательство, 1990. 86 с.

64. Пряников В. И. Техника безопасности в химической промышленности. М.: Химия, 1989. 282 с.

65. Разумов И. М. Псевдосжижение н пневматический транспорт сыпучих материалов. М-: Химия, 1973. 223 с.

66. Розловский А. И. Взрывобезопасность парогазовых систем в технологических процессах. М.: Химия, 1973. 128 с.

67. Розловский А. И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. М.: Химия, 1972. 366 с.

68. Розловский А. Я.//Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Выпуск 10. М., 1990. С. 26—28.

69. Романков П. Г. Массообменные процессы химической технологии. М.: Химия, 1975.336 с.

70. Рябов В. А, Повысить уровень безопасности химических производств// Безопасность труда в промышленности. 1990. № 5. С. 2—6,

71. Рябов В. А. Авария на изотермическом хранилище сжиженного аммиака// Там же. 1990. № 2. С, 42—47.

72. Саркисов А. Техника безопасности//Правда. 1987. 29 мая.

73. Соколик А. С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М.: Изд-во АН СССР. 1960. 427 с.

74. Способы определения вероятности загорания (взрыва) в технологическом оборудовании. Сер. «Состояние и совершенствование техники безопасности в химической промышленности». М.: НИИТЭХИМ, 1978. 32 с.

75. ССБТ ГОСТ 12.1.044—84. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Показатели и методы их определения.

76. Сильнодействующие ядовитые вещества и защита от них/Под ред. контр-адм. В. А. Владимирова. М.: Военное издательство, 1989. 176 с.

77. Тимофеев А. Ф. Техника безопасности при хранении, транспортировании н применении хлора. М.: Химия, 1990. 336 с.

78. Троицкий А. П. Аварии, связанные с объемными взрывами//Каучук и резина. 1984. № 2. С. 36—39; № 3. С. 35—36; М 4. С, 39-40.

79. Ценев Н.К., Шаммазов A.M. Влияние внутренних границ раздела на развитие процессов разрушения в низкоуглеродистых сталях.- М.: Доклады академии наук, 1998.- T.36L- №6.- С, 762-764.

80. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов,- М.: Металлургия, 1984- 442 с.

81. Панин Н.Е. Елсукова Т.Ф., Новоселова Е.М., Егорушкин В.Е, Эффект локализации деформации у границ зерен при ползучести поликристаллов //Докл. АН СССР. -1989.- Т.ЗЮ, № 1.

82. Мешков Ю.А., Сердитова Т.Н. Разрушение деформированной стали.- Киев: Наукова Думка, 1989.-С, 27-38, 45-49, 91-119.

83. Кайбышев О. А., Валиев Р. 3. Границы зерен и свойства метилдов. М.: Металлургия, 1987.-214 с.91 .Гольдштейн М. И., Литвинов В. С., Бронфин Б. Н. Металлофизика высокопрочных сплавов,-- М.: Металлургия, 1986.-321 с.

84. Рыбин В. В. Большие пластические деформации и разрушение металлов.-М.: Металлургия. /986.- 224 с.