АНАЛИЗ ХАРАКТЕРНЫХ ОТСТУПЛЕНИЙ ОТ ТРЕБОВАНИЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА

В данной статье рассмотрены характерные отступления от норм и требований нормативно правовых актов, в области промышленной безопасности, связанные с эксплуатацией нагревательных печей выявленные в ходе комплексного обследования опасных производственных объектов нефтеперерабатывающего производства.

Введение

Трубчатые печи являются огневыми аппаратами, предназначенными для передачи тепла, выделяющегося при сжигании топлива, нагреваемому продукту.

Большинство трубчатых печей нефтепереработки и нефтехимии эксплуатируется в жестких условиях, характеризуемых высокими давлениями, температурой, а также агрессивностью технологической среды. Высокая температура и особенности нагреваемого сырья способствуют образованию и осаждению на поверхности печных труб кокса, который через адгезионные и диффузионные явления оказывает отрицательное воздействие и снижает эксплуатационную надежность всей печи.

На начальной стадии развития нефтепереработки нагрев сырья производился в металлических емкостях, обогреваемых теплом сжигае­мого топлива в топке, расположенной под ними. При этом нагрева­ли большие количества нефти, длительно находящей в зоне нагрева, что приводило к термическому ее разложению. Также имела место повышенная пожароопасность при прогаре стенки емкости. Наконец, при большом расходе металла поверхность нагрева оставалась незначительной. В связи с этим в таких аппаратах тепло сжигаемого топлива неэффективно передавалось сырью, что требовало повышенных затрат на нагрев.

Поэтому трубчатые печи явились своего рода техническим новшеством, позволившим кардинальным образом решить вопросы теплопередачи во многих процессах, использующих тепло сжигаемого топлива для нагрева продукта. В настоящее время имеется большая разновид­ность трубчатых печей, используемых на установках первичной переработки, каталитического крекинга, каталитического риформинга, гидроочистки других процессов.

Трубчатые печи получили широкое распространение благодаря следующим особенностям: их работа основывается на принципе однократного испарения, что обеспечивает либо глубокий отгон при данной конечной температуре нагрева сырья, либо заданный отгон при более низкой температуре нагрева.

Они обладают высокой тепловой эффективностью, достаточно ком­пактны, у них высокий коэффициент полезного действия, они могут обес­печивать большую тепловую мощность.

Нагрев сырья или какого-либо продукта в трубчатых печах происхо­дит практически без заметного термического разложения вследствие малого времени пребывания нагреваемого продукта в зоне повышенных температур.

Печи удобны в эксплуатации и позволяют применить автоматизацию для управления режимом горения топлива.

Основным фактором, влияющим на эффективность передачи тепла конвекцией, является скорость движения дымовых газов. Поэтому при проектировании печи стремятся обеспечить ее максимальное значение, однако, это увеличивает сопротивление потоку газов, что и ограничивает выбор ве­личины скорости.

Трубчатые печи с огневым обогревом характеризуются наличием горящего топлива, высоко нагретой теплообменной поверхностью и эффективными конструктивными элементами топки. При сжигании газообразных веществ действительная температура горения колеблется в пределах 1200-1400⁰С, жидкостей 1100-1300⁰С.

При такой температуре аппаратов огневого действия всякие повреждения и аварии смежных аппаратов, сопровождающиеся выходом наружу горючих жидкостей, паров или газов и распространением их в сторону печей, неизбежно приведут к возникновению вспышки и пожару. Для безопасного ведения процесса необходимо предусматривать паровую защиту печей.

Значительную пожарную опасность представляют собой огневые ремонтные и монтажные работы. Пожарная опасность обусловлена не только открытым пламенем, но и наличием раскаленного и расплавленного металла. При газовой сварке температура пламени дуги при использовании угольных электродов составляет 3200-3900⁰С, стальных электродов 2400-2600⁰С. При попадании на горючие материалы искры воспламеняют их.

Высокотемпературный нагрев углеводородного сырья для различных процессов нефтепереработки осуществляется, как правило, в трубчатых печах, включающих в себя продуктовый змеевик, горелочные устройства, тепловые ограждения в виде футеровки и систему вывода и утилизации дымовых газов. По назначению трубчатые печи могут быть как нагревательными, так и реакционными (крекинг, пиролиз). При этом надежность работы печи определяется сроком службы (долговечности) трубчатых змеевиков, испытывающих в процессе эксплуатации значительные нагрузки и деформации, обусловленные воздействием высоких температур с одной стороны, и состоянием потока внутри труб с другой стороны Непрерывная безопасная работа нагревательных печей зависит от разработки и выполнения программ и процедур регулярного технического и профилактического обслуживания. Механические действия по поддержанию целостности печного оборудования, такие как осмотры, ремонт и испытания, которые являются частью программы управления безопасностью процесса, являются важными для непрерывной безопасной работы нефтеперерабатывающего предприятия [1, 2, 3, 4, 5, 6].

1. Основные понятия, термины и определения, использованные в процессе проведения комплексного обследования фактического состояния печного оборудования

Производство нефтепродуктов – использование химических веществ, катализаторов, тепла и давления для разделения и объединения основных типов углеводородных молекул, обычно присутствующих в сырой нефти, в группы подобных молекул.

Технологические печи – агрегаты, использующиеся на нефтеперерабатывающих заводах для нагрева технологических сред за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива.

Печи дожига – агрегаты для газообразных, жидких или твердых отходов производства.

Шатровые печи – применяются на установках АВТ производительностью 1,5-3,0 млн. т/год и имеют две камеры радиации с наклонным сводом и одну камеру конвекции, расположенную в центре печи.

Печи типа ГС – коробчатые с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным расположением труб в радиантной и конвекционной камерах и свободного вертикального сжигания комбинированного топлива.

Печи типа ГН – коробчатые с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным настенным или центральным трубным экраном и объемно-настильного сжигания комбинированного топлива (вариант I) или настильного сжигания газового топлива на фронтальные стены (вариант II).

Печи типа ЦС – цилиндрические с пристенным расположением труб змеевика в одной камере радиации и свободного вертикально-факельного сжигания комбинированного топлива.

Трубчатый змеевик печи – наиболее ответственная ее часть. Он собирается из дорогостоящих горячекатаных бесшовных печных труб и печных двойников ( ретурбендов) или калачей.

Пилотная горелка – устройствоавтоматического зажигания рабочей горелки.

Температура дымовых газов над перевальной стенкой – один из важнейших показателей работы печи. Высокая температура дымовых газов над пе­ревальной стенкой соответствует высокой теплонапряженности радиан­тных труб, высокой температуре их стенок и вероятности коксоотложения в трубах печи, а следовательно, возможности их прогара.

Блокировка – защитное устройство, действующее на отключение насоса при нарушении ведения технологического процесса.

Нефть – легковоспламеняющаяся жидкость темно-бурого цвета, представляющая собой смесь углеводородов.

2. Перечень характерных отступлений по результатам комплексного обследования фактического состояния печного оборудования

В период эксплуатации технологических установок (блоков)  соблюдение заложенных в проектной и эксплуатационной документации мер безопасности зависит непосредственно от обслуживающего персонала, который зачастую допускает отступления от  их требований.

К разряду основных и характерных отступлений в области промышленной безопасности при эксплуатации насосного оборудования можно отнести следующие из них:

• по ряду технологических параметров конкретные физические величины заменены словами “не более”, “менее”, “ниже”, “выше”;
• эксплуатация взрывопожароопасных технологических установок осуществляется в отсутствии системы подачи инертных и ингибирующих веществ;
• не предусмотрена сигнализация на щите оператора при включении паровой завесы;
• в паспортах оборудования, трубопроводной арматуры, средств защиты и приборной техники не указаны показатели надежности;
• для контроля загазованности по предельно допустимой концентрации и нижнему концентрационному пределу распространения пламени на печи, не предусмотрены средства автоматического непрерывного газового контроля и анализа с сигнализацией, срабатывающей при достижении предельно допустимых величин и с выдачей сигналов в систему ПАЗ;
• на трубопроводах газообразного топлива печи не установлены автономные регулирующие органы для обеспечения безопасности в режиме пуска;
• на трубопроводах газообразного топлива печи к основным горелкам не установлены предохранительно-запорные клапана (ПЗК) дополнительно к общему отсекающему устройству на печи, срабатывающие при снижении давления газа ниже допустимого;
• печи не оснащены средствами автоматической или дистанционной подачи водяного пара или инертного газа в топочное пространство и инертного газа в змеевики при прогаре труб;
• противоаварийная автоматическая защита топочного пространства нагревательных печей не обеспечивается системами  регулирования заданного соотношения топлива и воздуха; – противоаварийная автоматическая защита топочного пространства нагревательных печей не обеспечена средствами сигнализации о прекращении поступления воздуха при его принудительной подаче в топочное пространство;
• противоаварийная автоматическая защита топочного пространства нагревательной печи не обеспечивается:  блокировками, прекращающими поступление газообразного топлива при снижении давления ниже установленных параметров, а также при прекращении электро- (пневмо-) снабжения КИПиА; средствами сигнализации о прекращении поступления топлива; средствами контроля за уровнем тяги и автоматического прекращения подачи топливного газа;
• противоаварийная автоматическая защита топочного пространства нагревательных печей не обеспечивается средствами автоматического прекращения подачи топливного газа в зону горения при остановке дымососа или недопустимом снижении разрежения в печи;
• противоаварийная автоматическая защита нагреваемых элементов (змеевиков) нагревательной печи не обеспечивается блокировками по отключению подачи топлива при прекращении подачи сырья;
• паровая завеса не предотвращает контакта взрывоопасной среды с огневым пространством печей. Траектория выпускаемых паровых струй направлена в грунт, а не в зону защищаемого объекта под углом 45⁰ к горизонту (п. 2.05 “Инструкция по проектированию паровой защиты технологических печей на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности”) [6];
• печи не оборудованы дежурными (пилотными) горелками, оснащенными запальными устройствами, индивидуальной системой топливоснабжения;
• печь не оборудована средствами автоматической подачи водяного пара;
• рабочие и дежурные горелки печей не оборудованы сигнализаторами погасания пламени, регистрирующими наличие пламени форсунки;
• система блокировок и сигнализации печи не обеспечивает отключение подачи топлива к основным горелкам при: превышении предельно допустимой температуры сырья на выходе из печи и срабатывании прибора погасания пламени;
• печи не оборудованы средствами автоматического отключения подачи сырья и топлива при авариях в системах змеевиков;
• противоаварийная автоматическая защита нагреваемых элементов (змеевиков) печей не обеспечивается аварийным освобождением змеевиков печи от нагреваемого жидкого продукта при повреждении труб или прекращении его циркуляции;
• при включении паровой завесы не предусмотрена сигнализация по месту и на щите оператора;
• кабельная подводка имеют нарушение герметичности подводки – металлорукав не заходит в гермоввод датчика. Нарушена герметичность датчиков температуры дымовых газов печи;
• на межблочном трубопроводе газообразного топлива к печам имеющим Q_В > 10 установлена запорная арматура с ручным приводом;
• технологический блок №1, включающий печь, не оснащен быстродействующими системами, обеспечивающими приведение технологических параметров к регламентированным значениям или остановке процесса;
• размещение технологического оборудования на наружных установках, трубопроводах и эстакадах, а именно: прибора расхода топливного газа с общего трубопровода на печи; электрозадвижек по топливному газу печей не обеспечивает возможности проведения визуального контроля за их состоянием, выполнения работ по их обслуживанию, ремонту, замене и принятия оперативных мер по предотвращению аварийных ситуаций или локализации аварий;
• не предусмотрена дистанционная подача инертного газа или других средств в печь, входящую в состав технологического блока III категории взрывоопасности с Q_В – 13;
• установленные регулирующие клапана и клапана-отсекатели на общих трубопроводах жидкого и газообразного топлива расположены на расстоянии менее чем 10 метров от печей (≈ 2 м);
• для контроля загазованности по предельно допустимой концентрации и нижнему концентрационному пределу распространения пламени в зоне печей отсутствует датчики загазованности;
• сигналы с приборов расхода обессоленной нефти по потокам в печь, которые используются для регулирования расхода сырья, используются в качестве источников информации в системе ПАЗ. По сигналу с указанных приборов осуществляется закрытие отсечных клапанов;
• выведенное из технологической схемы оборудование: топки-подогреватели печей не изолированы от действующей технологической схемы;
• в воздухозабор вентсистемы печи не исключено попадание выбросов со свечи инжекции (предельные углеводороды С₁÷С₅) компрессора при северо-восточном направлении ветра;
• электроснабжение систем ПАЗ и исполнительных механизмов печей не обеспечено по особой группе I категории надежности;
• отсутствует световое ограждение на дымовых трубах печей;
• диаметр отверстий в коллекторе пара завесы значительно уменьшен за счет натеков краски, забивки мусором;
• имеются сквозные разрушения поверхности газоходов в местах их примыкания к дымовой трубе, что допускает подсос воздуха;
• на дымовой трубе отсутствуют светоограждение и верхние огни;
• на отметке 0,000 в цокольной части дымовой трубы оборудовано складское помещение для хранения оборудования и не горючих материалов, скопление мусора вблизи трубы;
• отсутствуют сведения о проводимых наблюдениях за креном трубы печи;
• отсутствуют акты на производство сушки и разогрева трубы перед пуском в эксплуатацию после окончания производства ремонтных работ;
• не выполнены рекомендации экспертизы ПБ по выполнению:  работ по заделке трещины на отм. +43,0, шириной раскрытия 2-12 мм, протяженностью 1,5 м.; ремонта цокольной части трубы, имеющей многочисленные трещины шириной раскрытия 8-10 мм;
• отсутствуют данные о ежегодной проверке контура молниезащиты. Журнал проверки состояния устройств молниезащиты отсутствует;
• в паспорте на дымовую трубу отсутствует дата ввода трубы в эксплуатацию, что затрудняет проверку сроков проведения своевременных обследований и ремонтов. Отсутствует фактическая температура отводимых газов.

3. Рекомендации и предложения по устранению выявленных отступлений от требований промышленной безопасности

За последние годы произошли крупные изменения в технологии переработки нефти. Появилось новое, более совершенное и высоко производительное оборудование. Все более широко вводятся в технологию каталитические процессы с глубокими химическими превращениями сырья. Возрастают мощности единичных производственных агрегатов. Широко используется комбинирование технологических процессов в одной установке, что значительно увеличивает пожаровзрывоопасность технологических процессов.

Поэтому по результатам комплексного обследования фактического состояния нагревательных печей по всем выявленным отступлениям, должен быть разработан “Перечень работ по каждому технологическому объекту для приведения их к требованиям норм и правил”.

Как показал анализ риска отступлений, многие отступления связаны со средним и низким уровнем опасности, однако эта опасность может значительно возрасти при неблагоприятном стечении обстоятельств. Как пример, значение уровня опасности приведены в таблице “Результаты расчета приращения риска при отступлении от требований норм и правил промышленной безопасности” в печном оборудовании.

Результаты расчета приращения риска при отступлении от требований норм и правил промышленной безопасности в печном оборудовании

Номер отступления	Приращение частоты нанесения ущерба ΔRpot, 1/год	Полный ущерб Y, руб.	Приращение риска ΔR, руб./год	№ п. ПБ	Отступления при несоответствии требованиям
Уровень критичности (опасности)
Высокий
20	1,172E-4	7,2E7	8437	4.5.8.1. ФНИП “ОПВБ”	Противоаварийная автоматическая защита топочного пространства нагревательных печей поз. П-1, П-2 не обеспечивается системой регулирования заданного соотношения топлива, воздуха и водяного пара.
23	1,437E-4	2,9E7	4167	4.5.8.2. ФНИП “ОПВБ”	Противоаварийная автоматическая защита нагреваемых элементов (змеевиков) печей П-1, П-2 не обеспечивается аварийным освобождением змеевиков печи от нагреваемого жидкого продукта при повреждении труб или прекращении его циркуляции.
65	2,164E-5	7,254E7	1570	5.3.14. ПБ09-563-03	Печи поз. П-1, П-2 не оборудованы средствами автоматической подачи водяного пара в топочное пространство при прогаре труб, а также средствами автоматического отключения подачи сырья и топлива при авариях в системах змеевиков.
Средний
22	6,28E-5	1,354E7	851,6	4.5.8.3. ФНИП “ОПВБ”	При включении паровой завесы не предусмотрена сигнализация по месту. Диаметр отверстий в коллекторе пара завесы значительно уменьшен за счет натеков краски, забивки мусором.
33	2,51Е-4	2,4E6	600,0	5.5.10. ФНИП “ОПВБ”	На межблочном трубопроводе  газообразного топлива к печам поз. П-1, П-2, П-3, П-4 имеющим QВ > 10 установлена запорная арматура с ручным приводом.
74	3,05E-5	15,842E6	483,32	5.3.6. ПБ09-563-03	Установленные регулирующие клапана и клапана-отсекатели на общих трубопроводах жидкого и газообразного топлива расположены на расстоянии менее чем 10 метров от печи П-1 (≈ 3 м), от печей П-2и П-3 (≈ 2 м).
Низкий
66	3,874E-6	1,957E7	76	5.3.16. ПБ09-563-03	На подводящих трубопроводах, перед подачей жидкого топлива в форсунки печей поз. П-1,2, не предусмотрен фильтр.
59	1,713E-5	3,903E6	67	5.3.1. ПБ09-563-03	Пилотные горелки печи П-1 блока “АТ” и печей П-1,2 блока “ВОТ” не оснащены запальными устройствами.
47	1,189E-5	5,052E6	60	6.4.2. ФНИП “ОПВБ”	Отсутствуют газоанализаторы по НКПВ в районе печи П-1 блока “АТ”, печей П-1, П-2, насосной блока “ВОТ”.

В разделе “Предложения по устранению отступлений” должны быть предложены первоочередные меры, направленные на устранение выявленных отступлений, которые включают следующие пункты:

1. Разработку проекта технического перевооружения технологических объектов в соответствии с требованиями нормативных правовых актов федерального органа исполнительной власти в области промышленной безопасности и реализация решений в соответствии с проектом [4-7].
2. Разработка и реализация проекта технического перевооружения нагревательных печей и печного оборудования установки по приведению ее к требованиям, для обеспечения ее безопасного функционирования, своевременности срабатывания средств ПАЗ в течение всего времени работы должна быть достаточной для исключения опасной ситуации.
3. Устранение своими силами незначительных отступлений при реализации ремонтных работ.
4. Проведение проверки выявленных отступлений в рамках своего собственного обследования, в части реализации требований производственного контроля.
5. Устранение выявленных отступлений в части разработки и доработки эксплуатационных документов.
6. При необходимости внесение дополнений в проект и реализация решений в соответствии с проектом.

На период выполнения работ связанных с разработкой проектных решений и их последующей реализацией, необходимо разрабатывать документ, а именно: “Перечень компенсационных мер по приведению опасных производственных объектов предприятия к требованиям промышленной безопасности по результатам комплексного обследования”.

В разделе “Компенсирующие мероприятия” данного документа предлагаются первоочередные меры, направленные на повышение мер безопасности на период устранения выявленных отступлений, которые включали в себя [9]:

• проведение внепланового инструктажа с обслуживающим персоналом по безопасной эксплуатации установки, в условиях  наличия отступления от федеральных норм и правил, установленных федеральным органом исполнительной власти в области промышленной безопасности;
• проведение контроля и проверки технологическим персоналом нагревательных печей установки с записью результатов контроля в журнал;
• проведение учебных или учебно-тренировочных занятий по отработке позиций плана ликвидации аварий (ПЛА) или плана мероприятий по ликвидации аварий (ПМЛА) связанных с отказом печного оборудования с периодичностью определенной в планах отдела (службы) производственной безопасности;
• организацию и проведение проверки работоспособности печного оборудования, с записью результатов проверки в журнал, при каждом проведении ремонта и внеплановой остановки установки.

Исходя из вышеперечисленного, особое внимание необходимо обратить на качественное обучение всего эксплуатационного персонала предприятия, с учетом нормативно правовых и нормативно – технических документов в области устройства и эксплуатации взрывобезопасного оборудования в объеме, необходимом для выполнения профессиональных и должностных обязанностей при наличии выявленных отступлений в области промышленной безопасности [1-6].

На основании системы ППР авторы статьи предлагают произвести нормирование работ по ремонту и обслуживанию нагревательных печей. По результатам нормирования работ по ремонту и обслуживанию печей, уточнить необходимое количество ремонтного и обслуживающего персонала.

Выводы и рекомендации

1. На основании выполненного комплексного обследования фактического состояния нагревательных печей взрывопожароопасных объектов нефтеперерабатывающего комплекса, получена объективная информация о их состоянии. Определены наиболее опасные отступления от требований промышленной безопасности в печном оборудовании.
2. На основании анализа выявленных отступлений от требований промышленной безопасности, показано, что в своей основе они связаны с недовыполнением требований безопасности Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности: “Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств” [4] и Правил промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств [6]. Ряд отступлений требует значительных материальных затрат. Но присутствуют и отступления, которые носят, скорее всего, организационный характер, и должны быть устранены  персоналом, выполняющим техническое обслуживание установок, в плане выполнения ремонтных работ.
3. По результатам анализа и обобщения выявленных отступлений, могут быть предложены следующие рекомендации:
   • обеспечение своевременного и качественного проведения технического обслуживания, планово-предупредительного ремонта и технического перевооружения нагревательных печей в соответствии с выявленными отступлениями.
   • обеспечение проведения внепланового обучения  и проверки знаний персонала обслуживающего нагревательные печи.
   • там, где выявлены отступления от требований промышленной безопасности, по истечении установленного нормативно-технической документацией срока службы печного оборудования своевременно принимать решения о его замене или проведении технического освидетельствования, с целью оценки состояния, установления сроков дальнейшей работы и условий эксплуатации.

Список литературы

1. Федеральный закон “О промышленной безопасности опасных производственных объектов” от 21.07.1997 г. №116-ФЗ с изменениями и дополнениями.
2. Технический регламент Таможенного союза “О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах” (ТР ТС 012/2011), принят решением ТС 18.10.2011 г. №825.
3. Технический регламент Таможенного союза “О безопасности машин и оборудования” (ТР ТС 010/2011), принят решением ТС 18.10.2011 г. № 823.
4. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности “Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств”, утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 11.03.2013 г. № 96.
5. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности “Правила безопасности химически опасных производственных объектов”, утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 21.11.2013 г. №559.
6. Правила промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-563-03), утв. постановлением Госгортехнадзора РФ от 29.05.2003 г. №44.
7. Руководство по безопасности “Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов”, утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 27.12.2012 г. №784.
8. Попов А.И., Попов А.А., Козлитин А.М. Анализ отступлений от требований нормативных правовых актов в области промышленной безопасности // Безопасность труда в промышленности. – 2015. – №9. – С. 66-70.
9. Мясников С.Н., Андриянов А.А., Попов А.А., Сухарев Н.Н. Организация и нормативное регулирование комплексного обследования фактического состояния технологических объектов. (статья в настоящем сборнике).