Оценка техногенных рисков производства лакированной ленты из алюминиевых сплавов

Оценка техногенных рисков аварий на предприятиях является очень актуальной проблемой. Анализ и оценка вероятности аварийных ситуаций базируется на идентификации потенциально опасных экологических аспектов в системе экологического менеджемента. Для подробной оценки потенциально опасных экологических аспектов аварийных ситуаций на предприятии необходимо идентифицировать опасности и рассмотреть конкретные сценарии аварийных ситуаций, количественно рассчитать риск возникновения аварий, проанализировать полученные расчетным путем результаты, разработать рекомендации по снижению риска [1].

Самарский металлургический завод (СМЗ) является крупным и аварийноопасным объектом. СМЗ – крупнейший производитель и поставщик полуфабрикатов из алюминиевых сплавов для аэрокосмической, судостроительной, упаковочной, строительной промышленности и транспортного машиностроения.

На Самарском металлургическом заводе были определены потенциально опасные экологические аспекты, связанные с аварийными ситуациями [1]. В рамках системы экологического менеджмента была выполнена количественная оценка потенциальных аварийных ситуации с помощью бальной системы. Такая оценка носит условный субъективный характер. Существующие методики позволяют объективно оценить опасность аварийных ситуаций, опираясь на сведения о свойствах сред и характеристиках оборудования.

Одним из опасных участков возникновения аварийных ситуаций является цех № 55 [2]. Цех предназначен для производства лакированной ленты из алюминиевых сплавов, используемой для изготовления консервной тары. Рядом с цехом 55 находится склад лакокрасочных материалов (ЛКМ), в котором осуществляется хранение и использование общетоксических веществ (компоненты эмалей, лаков), канцерогенных веществ (бензол), веществ раздражающего действия (кислоты, щелочи). На участке приготовления лаков используются лак пищевой марки ЭП5118 в комплекте со скользящей добавкой ПВО-30 и разбавителем Р-30 (смесь этил-целлозольва и этилового спирта); эмаль фирмы «Тиккурила» с грунтом, растворитель фирмы «Вал-спар» 0910А17R, лак фирмы «Валспар» 4800А01R, L3E-692S, эмаль МЛ-1110, грунтовка ПЛ-0307, грунтовка ПЛ-1365, Т-229 или Т-178В [2].

Для оценки масштабов поражения при промышленных авариях с выбросом опасных химических веществ (ОХВ) используется методика оценки последствий химических аварий «Токси» [3, 4].

Методика позволяет определить:

• -    количество поступивших в атмосферу ОХВ при различных сценариях аварии;

• -    пространственно-временное поле концентраций ОХВ в атмосфере;

• -    размеры зон химического заражения, соответствующие различной степени поражения людей, определяемой по ингаляционной токсодозе.

Лакирование ленты производится на лакировочной машине. Лак подается со склада по лако-проводу в расходные емкости линии, откуда самотеком по мере необходимости поступает в кабины лакирования. Эмаль на линию лакирования доставляется со склада ЛКМ и по системе циркуляции в рабочие ванночки. Лак и разбавитель поступает в цех железнодорожным или автотранспортом и перекачивается в емкости хранения. Приготовление лака осуществляется в смесителях, куда закачивается необходимое количество лака и скользящей добавки. Смесь перемешивается и доводится до нужной вязкости разбавителем, который дозируется из дозировочного бачка порциями. Приготовленный лак из смесителей сливается в промежуточные емкости. Герметичная система закачки и транспортировки на линии лакирования позволяет практически избежать испарений, проливов [2].

По методическим рекомендациям для оценки риска были рассчитаны наиболее вероятные аварии для цеха №55 и складского помещения (корпус №101). Варианты аварийных ситуаций [5, 6]:

• -    разлитие опасного вещества (растворителя) и испарение с поверхности разлития (выброс в атмосферу);

• -    разгерметизация резервуаров и тары, предназначенных для хранения материалов (лаки, эмали);

• -    горение опасного вещества и выброс продуктов горения в атмосферу.

Используя логико-графические методы, сценарий развития аварийных ситуаций может быть представлен в виде «дерева событий», которое не только учитывает все варианты развития аварийной ситуации, но и позволяет определить вероятности их реализации. При построении учитывались вероятности устранения аварии на том или ином этапе (это ликвидация разлития, локализация аварии средствами пожаротушения). Вероятность реализации сценария аварии рассчитывалась путем умножения частоты возникновения инициирующего события [7].

Рис. 1. Поле токсического воздействия при аврийном разлитии лака ЭП-5118 (состояние атмосферы: день, безоблачно, конвекция).

Рис. 2. Поле токсического воздействия при аварийном разлитии эмали МЛ-1110 (условия: ночь, безоблачно, инверсия).

Рис. 3. Поле токсического воздействия при аварийном разлитии эмали ПЛ-1365 ( условия: день, облачно, конвекция).

Расчет токсического воздействия нештатных ситуаций проведен по методике Токси+, прошедшей верификацию на многих объектах. Масса вещества в оборудовании принималась по компоненту процентное содержание, которого в смеси максимально. Расчет производился при наиболее опасной скорости ветра – 1 м/с [8]. Поля токсического воздействия при аварийном разливе лаков и эмали были рассчитаны в широком диапазоне изменения параметров состояния атмосферы (рис. 1, 2, 3).

В результате проведенного вычислительного эксперимента можно прогнозировать глубину распространения токсичного облака при разных условиях. Анализ результатов вычислительного эксперимента показал условия, при которых площадь токсического воздействия загрязняющих веществ будет наибольшей. В сводной таблице 1 приведены результаты расчета полей токсического воздействия при наихудших условиях.

Расчет полей концентраций загрязняющих

Таблица 1 веществ при разгерметизации резервуаров

Наименование материала (масса вещества, кг)	День		Ночь
	Безоблачно	Облачно	Безоблачно	Облачно
Лак ЭП-5118 (6,055)	Конвекция (55 м*)	Конвекция (55 м)	Инверсия (135 м)	Инверсия (135 м)
Эмаль МЛ-1110 (5,45)	Конвекция (31 м)	Конвекция (31 м)	Инверсия (63 м)	Инверсия (63 м)
Эмаль ПЛ-1365 (9,74)	Конвекция (44 м)	Конвекция (44 м)	Инверсия (88 м)	Инверсия (88 м)
Эмаль Тиккурила (4,15)	Конвекция (27 м)	Конвекция (27 м)	Инверсия (55 м)	Инверсия (55 м)

*размер поля токсического воздействия

Пролив легковоспламеняющихся веществ может сопровождаться возгораниями и пожарами. Для растворителя Р-30 выполнена оценка факторов , связанных со сценарием «пожар разлития».

Количество растворителя, испарившегося с поверхности разлива за нормативное время существования разлития (1 час), и попавшего в атмосферный воздух, рассчитывается в зависимости от его скорости испарения при неблагоприятных погодных условиях: скорости ветра v вет =1 м/с и температуре воздуха Т воз =25°С [8].

При оценке факторов воздействия на природную среду, сопровождающих пожар разлития, выделяются две зоны [1]:

• -    зона горения – часть пространства, в котором образуется пламя или огненный шар из продуктов горения;

• -    зона теплового воздействия – часть пространства, примыкающая к зоне горения, в которой происходит воспламенение или изменение состояния материалов и конструкций, растительности, поражающее действие на животных.

Зона теплового воздействия зависит от количества углеводородов, испарившихся с поверхности разлива за нормативное время (1 час) и попавших в атмосферный воздух, от пороговой интенсивности теплового излучения, и в данном случае составляет 5,62 м. Расчётная интенсивность теплового излучения «огневого шара» составила 18 кВт/м2. Эффективный диаметр «огненного шара» равен 16,628 м. Расчетное время существования «огненного шара» 22 сек.

Для резервуара с растворителем Р-30 объемом 50000 л рассчитаны последствия аварии «разлив и образование облака ТВС». Учитывая класс горючего вещества и геометрические характеристики окружающего пространства (сильно загроможденное пространство: наличие полузамкнутых объемов, высокая плотность размещения технологического оборудования, большое количество повторяющихся препятствий), определяется ожидаемый режим взрывного превращения облака ТВС – детонация или горение со скоростью фронта пламени 200-300 м/с [7].

В соответствии с НПБ-105-03 производство лакированной ленты относится к категории Б – взрывопожароопасное, так как температура вспышки многих компонентов больше 28°С. Стехиометрическая концентрация составляет 6,44% об.; теплота сгорания этанола 26500 кДж/кг, нижний концентрационный предел воспламенения составляет 3,28 % об. Расчетная масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, составляет 11124,9 кг.

На рис. 4 показана вероятность разрушения зданий с возможностью восстановления. На расстоянии 65 м вероятность разрушения составляет 100%.

Рис. 4. Вероятность разрушения зданий с возможностью восстановления.

Для каждого варианта аварийной ситуации экологический ущерб рассчитывается отдельно, т. к. мала вероятность того, что все аварии произойдут в одно время. Ущерб от загрязнения атмосферного воздуха определяется исходя из массы испарившихся вредных веществ – ксилола, бутанола. Базовые нормативы платы приняты в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 13.09.2016 N 913 (ред. от 29.06.2018) "О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах"

При утечке ксилола в результате аварии (ЛАК ЭП-5118) плата за выброс составляет 526 421,7 руб. При утечке бутанола в результате аварии (Эмаль МЛ-1110, Эмаль ПЛ-1365, Эмаль Тиккурила, Лак L3E-692S) плата за выброс составляет 1 432 879,88 руб.

Таким образом, было определено токсическое воздействие при разгерметизации резервуаров, предназначенных для хранения поступающих в цех № 55 материалов (лаки, эмали): рассчитаны размеры полей токсического воздействия; определены размеры образующихся облаков вредных веществ.

Расчет производился для различных условий (облачность, день/ночь) при наиболее опасной, с точки зрения рассеивания вещества, скорости ветра. Наибольший диаметр полученного поля токсического воздействия составляет 136 м. Также были проведены расчеты последствий при горении растворителя Р-30 (разлитие и возгорание в складском помещении). Для растворителя рассчитано время существования огненного шара, его диаметр.

По методике «Взрыв» произведен расчет вероятности нанесения ущерба зданиям, поражения людей при взрыве облака ТВС, образовавшегося при аварийном разливе растворителя. Полученные результаты могут быть использованы при разработке плана мероприятий по снижению воздействии потенциально опасных экологических факторов в системе экологического менеджмента.

Меры по уменьшению риска могут носить технический и/или организационный характер. При выборе мер решающее значение имеет общая оцен- ка действенности и надежности мер, оказывающих влияние на риск, а также размер затрат на их реализацию.