Учебное пособие: Методические указания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К выполнению раздела "Безопасность и экологичность проекта"

в дипломных проектах технологических специальностей.

Тюмень 2004

Утверждено редакционно - издательским советом Тюменского Государственного Нефтегазового Университета

Составитель к.т.н., доц. «ПромЭко» Г.В.Старикова

© Тюменский государственный нефтегазовый университет

ВВЕДЕНИЕ

По различным причинам только в Российской Федерации на производстве травмируется ежегодно около 700 тыс. человек, из них около 15 тыс. со смертельным исходом. Свыше шести миллионов человек работает во вредных условиях. Ежегодно происходит около 500 тыс. пожаров.

Основными причинами являются: недостаточный уровень обучения и квалификации персонала, несоответствие технологических процессов современным требованиям безопасности, устаревшее оборудование и отсутствие средств защиты.

Раздел «Безопасность и экологичность» призван показать способность будущего инженера решать вопросы связанные с опасностью производства для работающего и окружающей среды.

В разделе "Безопасность и экологичность проекта " должны быть разработаны следующие вопросы:

- обеспечение безопасности работающих;

- оценка экологичности проекта;

- чрезвычайные ситуации;

- выводы.

Детальная разработка указанных разделов выполняется по заданию консультанта.

Основными источниками при разработке разделов являются ГОСТы, СНиПы, СН, СанПиНы, РД, регламенты и др. нормативные документы, на которые делаются ссылки.

Во время преддипломной практики необходимо изучить имеющиеся на предприятии проекты, технологические регламенты, тома предельно допустимых выбросов (ПДВ), сбросов (ПДС), образования и размещения отходов (ЛНОРО), экологический и санитарно-технический паспорта, паспорта на оборудование, инструкции по технике безопасности, пожарной безопасности, технологические регламенты, планы ликвидации аварий, декларацию безопасности и др.

1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТАЮЩИХ

1.1. Характеристика условий труда

Раздел необходимо начать с характеристики опасных и вредных производственных факторов (химических, физических, биологических и психофизиологических) на проектируемом (реконструируемом) объекте. Выбрать их можно из прил.1.

Анализируется состояние травматизма, профессиональных заболеваний и причин их вызывающих, оценивается степень риска на основании информации, собранной на практике.

Оценка риска (R) производится по формуле:

, (1.1)

где - число смертельных или других несчастных случаев на производстве за год, а - число работающих в сфере производства.

Приводится характеристика вредных веществ, применяемых на производстве в виде табл.1.1 или другой форме. (см. прил. 2).

Таблица 1.1. Токсичные и пожароопасные свойства применяемых веществ

Для обеспечения безопасности на производстве должны быть созданы нормальные санитарно-гигиенические условия на рабочих местах. В проекте должны быть указаны нормируемые параметры вредных факторов и методы создания условий, соответствующих нормам. Если выполняется реконструкция производства, то эти условия приводятся в санитарно-технических паспортах или документах по аттестации рабочих мест, поэтому в проекте необходимо проанализировать соответствие фактических условий нормативным значениями, которые приведены в прил.3-7. Результаты можно привести в текстовом виде или свести в табл.1.2. Данные табл.1.2 должны быть проанализированы и, если есть несоответствие фактических и нормируемых величин - разработаны мероприятия по приведению их к норме.

Если выполняется проект, то приводятся только нормируемые санитарно-гигиенические условия.

Для одного из рабочих мест необходимо провести оценку условий труда по степени вредности и опасности и занести в табл.1.3. и сделать выводы о характере труда (см. прил.8.1 – 8.7 ).

Таблица 1.2 Санитарно-гигиенические условия труда в производственных помещениях

Таблица 1.3. Оценка условий труда по степени вредности и опасности

1.3. Средства индивидуальной защиты и компенсация производственных вредностей

Здесь должны быть указаны спецодежда, спецобувь, средства индивидуальной и коллективной защиты и предохранительные приспособления, применяемые для выполнения работ на производственном объекте (цехе) и компенсации за производственные вредности (доплаты, продолжительность рабочей смены, отпуска, срок выхода на пенсию, и др.).

1.4. Расположение оборудования, основных, вспомогательных и бытовых помещений

Расположение оборудования в производственных помещениях, и на открытых площадках должно выбираться в зависимости от категории по пожаро- и взрывоопасности (А, Б, В, Г и Д) (см. прил.9), степени огнестойкости , обеспечивать безопасность и удобство обслуживания и ремонта.

Необходимо предусмотреть:

- расположение производственных, административных, вспомогательных помещений, складов с учетом господствующего направления ветра (розы ветров);

- расстояния между производственными и вспомогательными зданиями;

- подъезды и транспортные пути;

- благоустройство и озеленение территории;

- противопожарное водоснабжение, включающее расположение противопожарной насосной, пожарных резервуаров;

- оптимальные расстояния между оборудованием, проходы, проезды, обеспечивающие безопасность работ, удобство обслуживания и ремонта оборудования;

- пути эвакуации;

- тамбуры, шлюзы и другие устройства для изоляции взрывоопасных помещений от помещений других категорий;

- правильное расположение оборудования на открытых площадках (этажерках) в компрессорных, насосных и других помещениях;

- состав бытовых помещений в зависимости от санитарной характеристики производственного процесса и места их расположения;

- другие мероприятия, учитывающие санитарно - гигиенические и противопожарные требования.

1.5. Электробезопасность, молниезащита и защита от статического электричества

Мероприятия по электробезопасности должны быть разработаны индивидуально для выбранного производственного участка. Здесь должны быть указаны: виды электрооборудования, напряжение электрического тока, характеристика сети и токопотребителей, классы помещений по опасности поражения электрическим током, классы зон, помещений по взрыво- и пожароопасности, рекомендуемые средства защиты людей: заземление, зануление, блокировки и т.д..

Должна быть выбрана категория молниезащиты зданий, сооружений и оборудования, типы молниеотвода и способы защиты от вторичных проявлений молнии, а также защита от статического электричества.

2.ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧНОСТИ ПРОЕКТА

2.1. Защита атмосферы

При проектировании промышленного объекта необходимо определить источники выброса в атмосферу и загрязняющие вещества. Величина выбросов может быть определена экспериментально, по материальному балансу или по расчетным методикам. После определения величины выброса необходимо установить соответствует ли величина проектируемого выброса предельно допустимому значению (ПДВ).

Для нагретых выбросов ПДВ определяется по формуле:

, (2.1)

а для холодных выбросов:

; (2.2)

где ПДК - предельно допустимая максимально разовая концентрация вещества, мг/м³ (табл. 2.1);

Таблица 2.1. Предельно допустимые концентрации загрязнителей в воздухе, мг/м³

С_Ф - фоновая концентрация этого вещества в атмосфере региона, мг/м³ ;

- разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и окружающего воздуха;

Н - высота источника выброса;

V₁ - объем выбрасываемой газовоздушной смеси, м³ /сек;

А - коэффициент зависящий от температурной стратификации атмосферы (для Сибири А=200);

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газов F=1, для пыли F=2 или 3);

m и n - коэффициенты учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из источника выброса;

- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (для ровной или слабопересеченной местности = 1).

V₁ определяется по формуле:

(2.3)

где - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из источника, м/с;

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f,u_м , u'_м, и f_e по графикам (рис. 2.1):

(2.4)

(2.5)

Рис. 2.1. График и для определения коэффициентов m и n

Если фактический выброс выше ПДВ, то необходимо предусмотреть мероприятия по снижению фактического выброса до ПДВ.

2.2. Защита гидросферы

Если в производственном процессе образуются сточные воды необходимо охарактеризовать виды стоков, вещества содержащиеся в стоках, способы их очистки.

Необходимо предусмотреть вопросы утилизации стоков.

Если стоки использовать не удается и предусматривается их сброс в водоемы или водотоки, необходимо рассчитать предельно допустимый сброс (ПДС): ПДС=qC_ПДС (г/час), (2.6)

где q - максимальный расход сточных вод, м³ /час;

C_ПДС - допустимая концентрация загрязняющих веществ в сточной воде, г/м³ . С_ПДС =n(C_{ПДК i} -С_Ф) +С_Ф , (2.7)

где Спдкi - предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества в водном объекте (мг/л); С_{Ф i} - фоновая концентрация загрязняющего вещества в водном объекте (мг/л).

Если вода водного объекта к месту предполагаемого сброса уже загрязнена (С_{Ф i} > C_{ПДК i} ), то и за C_{ПДС i} принимается C_{ПДК i} (C_{ПДС i .} =_. C_{ПДК i} ). В исключительных случаях, когда превышение фоновой концентрации обусловлено природными естественными условиями (например, наличие ионов железа), по договоренности с территориальными органами Минприроды, C_{ПДС i .} нормируется на уровне фона (C_{ПДС i .} =_. C_{Ф i} ).

Если после расчета окажется, что фактическая концентрация сброса С_{СТ i} меньше С_{ПДС i} , то за С_{ПДС i} следует принять Сст_{i ò.å.} С_{ПДС i} = С_{Ст i .} /1/.

2.3. Защита литосферы

Если в результате технологического процесса образуются твердые отходы, то необходимо рассмотреть возможности использования, рекуперации или утилизации отходов.

Если отходы предусматривается закапывать, то необходимо рассчитать оплату за их захоронение.

Если в результате реализации проекта будут использоваться земли, необходимо указать сколько и какие земли будут изыматься из использования в постоянное и во временное пользование.

После использования земель необходимо предусмотреть их рекультивацию (техническую и биологическую).

После выполнения раздела необходимо сделать выводы о соответствии проекта современным экологическим требованиям.

В процессе производства образуется большое количество отходов производства и потребления, которые должны учитываться, использоваться или вывозиться на полигоны.

В табл.2.2 приведены ПДК для компонентов отходов в почве и классы их опасности.

Таблица 2.2. Предельно допустимые концентрации некоторых химических веществ в почве и допустимые уровни их содержания по показателям вредности [3]

N, P, K - азот, фосфор и калий.

3. ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ

В этом разделе необходимо спрогнозировать все возможные чрезвычайные ситуации на проектируемом (реконструируемом объекте).

Для Тюменской области характерны чрезвычайные ситуации природного характера : паводковые наводнения; лесные и торфяные пожары; ураганы; сильные морозы (ниже -40°С); метели и снежные заносы и техногенного характера : пожары; взрывы паровоздушных смесей; отключение электроэнергии, другие аварии; разливы сильнодействующих ядовитых веществ; террористические акты.

3.1. Составление списка чрезвычайных ситуаций для проектируемого производства

По статистическим материалам, путем экспертной оценки или другими методами определяют наиболее вероятные внутренние и внешние чрезвычайные ситуации (ЧС). Из внутренних ЧС часто происходят пожары по разным причинам, отключения электроэнергии, воды, тепла. На опасных предприятиях случаются также нефтяные и газовые пожары, взрывы паровоздушных смесей, разливы сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ).

Внешние ЧС происходят на автомобильных и железных дорогах, соседних предприятиях. Учитывают те внешние ЧС, в зону действия которых попадает предприятие. Это могут быть разливы бензина, пропана, нефти с последующим взрывом и пожаром. При разливах СДЯВ (аммиак, хлор и т.п.) предприятие может попасть в зону заражения.

3.2. Определение поражающих факторов вероятных чрезвычайных ситуаций и их воздействия на элементы объекта

3.2.1. Определение вероятных параметров ударной волны при взрыве газовоздушной или паровоздушной смеси.

При аварии в резервуарном парке количество газа Q (т) или пара берется: 30% от объема наибольшего резервуара с бензином, 20% - с нефтью. При аварии на трубопроводе - до 20% вытекшей нефти и 50% вышедшего газа. При аварии на автотранспорте – 4 т бензина, 3 т пропана. При аварии на железной дороге - 10 т бензина, 7 т нефти, 15 т пропана. Величина дрейфа газовоздушного облака принимается равной 300 м в сторону предприятия. . При оценке ситуаций принимаются наихудшие метеоусловия: скорость ветра 1 м/с, температура воздуха +20°С, направление ветра на предприятие.

При взрыве паро- и газовоздушной смеси (рис.3.1.) выделяют зону детонационной волны с радиусом R₁ и зону ударной волны. Определяются также: радиус зоны смертельного поражения людей (R_спл ); радиус безопасного удаления R_бу , где DР _ф = 5 (кПа); радиус предельно допустимой взрывобезопасной концентрации пара, газа Rпдвк.

Рис.3.1. Взрыв паро и газовоздушной смеси.

1. Зона детонационной волны; 2. Зона ударной волны; R_спл радиус зоны смертельного поражения людей; R_бу радиус безопасного удаления, DР _ф = 5 (кПа); R_ПДВК радиус предельно допустимой взрывобезопасной концентрации; R₁ радиус зоны детонационной волны (м); r₂ и r₃ расстояния от центра взрыва до элемента предприятия в зоне ударной волны.

Давление во фронте ударной волны DР_ф2 в зоне ударной волны определяют по табл. 3.1.

Таблица 3.1.Давление во фронте ударной волны

Избыточное давление в зоне детонационной волны DР_ф1 = 900 кПа.

Радиус зоны детонационной волны определяется по уравнению:

R₁ = (м) (3.1)

Радиус зоны смертельного поражения людей определяется по формуле R_спл = (м). (3.2)

В формулах (3.1) и (3.2): Q - количество газа, пара в тоннах;

R₁ - радиус зоны детонационной волны;

R_спл - радиус смертельного поражения людей.

ПДВК - определяется по пункту 3.3.3

Расчет избыточного давления в помещении производится по приложению 3.6

Далее по табл. 3.2 определяют степень разрушения элементов объекта.

Таблица 3.2. Вероятные разрушения зданий, сооружений, коммуникаций и оборудования в зависимости от избыточного давления DР_ф , кПа

Таблица 3.3. Глубины зон возможного заражения АХОВ, км при скорости ветра 1 м/с

3.2.2 Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в закрытых помещениях

Расчет производится по нижеприведенной методике НПБ 105 ‑ 95

Если расчетное давление превышает Рmax, то берется Рmax. Свободный объем помещения допускается принимать равным 80% геометрического объема помещения, если нет более точных данных.

Избыточное давление взрыва DP для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов C,H,O,N,CI,Br,F, определяют по формуле:

DP= (P_max - P₀ ) (3.3)

где P_max - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии с требованиями п.1.4 (при отсутствии данных допускается принимать p_max = 900 кПа);

P₀ - начальное давление, кПа (допускается принимать P₀ =101 кПа);

m - масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;вычисляется для ГГ по приведенной ниже формуле (4);

z - коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан исходя из характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно приложению; допускается принимать значения z, приведенные ниже;

V_св - свободный объем помещения, м³ ;

r_г,п - плотность пара или газа, кг×м^-3 ;

К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения; допускается принимать К_н = 3;

С_ст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ,%(об.), вычисляемая по формуле:

С = (3.4)

Здесь (b= n_c + (n_н - n_x )/4 - n₀ /2 - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания (n_c ,n_н ,n₀ ,n_x - число атомов C,H,O и галлоидов в молекуле горючего).

Если в воздухе помещений содержатся горючие газы, а также пары легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, то при определении значения массы m, входящей в формулу (1), допускается учитывать работу аварийной вентиляции при условии, что она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности (ПУЭ), а устройства для удаления воздуха из помещения расположены в непосредственной близости от места возможной расчетной аварии.

Таблица 3.4. Коэффициент z

При этом массу m горючих газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, необходимо разделить на коэффициент К.

К = А×Т + 1, (3)

где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1 ; Т - продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей в объем помещения.

Масса m (кг) поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяют по формуле: m = (Vа +V_т )×r_г , (4)

где Vа,V_т - объем газа, вышедшего соответственно из аппарата и из трубопроводов, м³ .

При этом Vа = 0.01× r₁ ×V, (5)

где r₁ - давление в аппарате,кПа;V - объем аппарата, м³

V_т = V_1т + V_2т , (6)

где V_1т ,V_2т - объем газа, вышедшего из трубопровода соответственно до его отключения и после отключения, м³ . V_1т = q×T, (7)

где q - расход газа, определяемый в зависимости отдавления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой cреды и т.д., м³ ×с^-1 ;

Т - время, с. V_2т = 0.01×p×p₂ × (r² ₁ ×L₁ + r² ₂ ×L₂ + . . + r² _n ×L_n ), (8)

где p₂ -максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту,кПа;

r-внутренний радиус трубопроводов,м;

L-длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

3.2.3 Оценка пожара

Пожарная характеристика предприятия, цеха сводится в таблицу 3.5.

Таблица 3.5. Пожарная характеристика предприятия, цеха

Таблица 3.6. Классы пожаров и рекомендуемые огнетушащие средства

Далее описываются меры пожарной профилактики:

- порядок извещения о пожаре, пожарные извещатели;

- автоматические средства пожаротушения;

- расположение гидрантов;

- средства первичного пожаротушения;

- пожарная команда, сроки прибытия, возможности и т.п..

3.2.4 Определение глубины распространения аварийно химически опасных веществ (АХОВ) при разливе их с поражающей концентрацией.

Распространение АХОВ при неблагоприятных метеоусловиях можно описать рис. 3.2.

При расчете зон принимают: метеоусловия - изотермня. t = 20°C. скорость ветра 1 м/с, направление ветра на предприятие; принимают. что разрушается одна наибольшая емкость или выливается наибольшее m возможных количество АХОВ из трубопровода, системы.

При разливе в поддон 10лщина слоя АХОВ принимается равной высоте поддона за вычетом 0,25 м. При свободном разливе толщина слоя АХОВ принимается равной 0,05 м.

При разливе АХОВ образуется первичное облако пара (мгновенное испарение; и вторичное облако пара (испарение слоя жид­кости).

Определяют эквивалентное количество вещества Q_Э1 по первич­ному облаку (по отношению к хлору) по формуле:

где K₁ - коэффициент, зависящий от условий хранения АХОВ таблица 3.7 (для сжатых газов K₁ = l);

К₃ - коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе другого АХОВ (таблица 3.7)

Q_Э2 - количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т. Определяют эквивалентное количество вещества Q_Э2 по вторич­ному облаку в тоннах по формуле:

где: К₂ - коэффициент, зависящий от свойств АХОВ (табл. 3.7); d - плотность АХОВ т/м³ (прил.3.5); h - толщина слоя АХОВ, м.

По табл. 3.8 определяют максимальное значение глубин зон заражения первичным Г₁ и вторичным Г₂ облаком АХОВ. Полная глубина зоны заражения Г (км) определяется по формуле:

где Г' - наибольшее число из Г₁ и Г₂ ;

Г" - наименьшее число из Г₁ и Г₂ ..

Количество пострадавших при разливе АХОВ на большинстве предприятии определяют из расчета, что пострадает 100 % из находя­щихся вне здания и 50% находящихся внутри здания. На химически опасных объектах, где рабочие обеспечены противогазами, вне здания пострадает 10% и внутри здания - 4%.

Табл 3.7

Табл 3.8

Глубины зон возможного поражения АХОВ, км при скорости ветра 1 м/с

3.2.5 Оценка других чрезвычайных ситуации и и\ поражающих факторов:

- паводковых и других наводнении:

- морозов ниже - 40°С:

- ураганных ветров п т.п.

Описывают воздействие на объект каждой ЧС и меры по умень­шению ущерба.

3.3 Выводы

Предлагают мероприятия по повышению устойчивости объекта н чрезвычайных ситуациях.

Оценивают потенциальную опасность объекта (если от внутрен­них чрезвычайных ситуаций гибнет 10 и более человек пли поражаю­щие факторы выходят за границу санитарно-защитной зоны (СЗЗ; предприятия, то объект опасен в чрезвычайной ситуации).

4. Требования к чертежу (схеме) к разделу дипломного проекта "безопасность и экологичность проекта".

На схеме предприятия, технологической схеме, машины, механизма, аппарата условными знаками обозначаются вероятные чрезвычайные ситуации, опасные и вредные производственные факторы. Обозначаются также чрезвычайные ситуации и экологически вредные факторы вокруг предприятия, которые могут повлиять на него. На свободном месте чертежа указывают:

- опасность предприятия по внутренним чрезвычайным ситуациям (если от них гибнет вероятно 10 и более человек или поражающие факторы выходят за границы предприятия (санитарно-защитной зоны), то предприятие опасно);

- категория пожароопасности зданий и сооружений;

- наиболее опасные производственные факторы;

- степень экологической опасности предприятия (количество выбросов т/год; плата за выбросы, сбросы, плата за использование природных ресурсов).

Приложение 1. Опасные и вредные производственные факторы

Согласно ГОСТ 12.0.002 к опасным производственным факторам относятся факторы, которые могут привести к травме, к вредным - факторы, которые могут привести к заболеванию. Опасные и вредные факторы (ОВПФ) делятся на физические, химические , биологические и психофизиологические.

Физические - движущиеся машины и механизмы, повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны, шум, вибрация, инфра- и ультразвук, неблагоприятные метеорологические условия, опасное напряжение недостаточная освещенность, взрыв, пожар и др.
Химические ОВПФ делятся по характеру воздействия на организм человека (общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивнуюь функцию.

Биологические ОВПФ – макроорганизмы (бактерии, вирусы, грибы, простейшие и др.) и макроорганизмы (растения и животные.
Психофизиологические - тяжесть и напряженность труда.

Приложение 2. Токсичные и пожароопасные свойства веществ

Приложение 3. Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и

скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений