Различие в подходах: нормы или анализ рисков.
Поскольку практически любой производственный процесс или техническое устройство несут потенциальную опасность жизни и здоровью людей, необходимо разработать и использовать определенный набор организационных и технических мероприятий, для снижения этой опасности (риска) до приемлемого уровня.
Для обеспечения безопасности технологического процесса или технического устройства, снижения риска получения травмы или гибели до допустимого значения, возможны два подхода – выполнить технологический процесс в соответствии с «нормативными документами» или провести анализ рисков, выявить все источники и разработать компенсирующие мероприятия.
В бывшем СССР сложилась система норм и правил, которые жестко регламентировали требования, как организационные, так и технические. Эта система была унаследована и РФ. Достаточно посмотреть «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 15 декабря 2020 года № 533. Документ содержит 70 страниц ценных указаний. И таких «нормативных документов» у нас бесконечное количество, при желании можно найти «нормативку» на все случаи жизни. Соответственно проектировщику не надо понимать процесс, детально знать все особенности технологии, иметь опыт эксплуатации, достаточно просто найти нужную «нормативку» и выполнить все требования. Эксперт при проведении экспертизы проектной документации также проверяет технические решения на соответствие «нормативке», и инспектор Ростехнадзора тоже будет проверять объект на соответствие этой же «нормативке». При этом никого не волнует, на сколько обеспечена реальная безопасность технологического процесса (технологической установки), эффективность и достаточность принятых решений, возможность устойчивой работы оборудования и т.д. Соответствие нормам снимает ответственность за конечный результат со всех – проектировщиков, экспертов, инспекторов, и перекладывает всю ответственность на эксплуатацию, людей, которые непосредственно работают на технологической установке и реально рискуют своей жизнью.
Не редко бывают случаи, когда спроектированную и построенную «по всем нормам» технологическую установку просто невозможно запустить из-за бездумно выполненных защит и блокировок, и эксплуатирующий персонал вынужден под свою ответственность отключать защиты для возможности пуска установки.
Подход с жестким регламентированием всех технических решений приводит к полной деградации проектировщиков и засилию абсолютно некомпетентных специалистов как в органах экспертизы, так и в надзорных структурах. Некомпетентность приводит к росту бюрократии и подмене понятий: на любой «чих» теперь необходимо разрабатывать проектную документацию или документацию на техническое перевооружение с обязательным проведением экспертизы, на каждый болт теперь необходим сертификат ТРТС (а лучше несколько) и т.д. Реальные решения по обеспечению безопасности заменяются бесконечным количеством экспертиз и сертификатов.
Сама фраза «соответствие нормам и правилам исключает риск» звучит как полный бред, так как риск есть всегда и правила «исключить риск» не могут.
Другой подход к обеспечению безопасности – анализ рисков, когда в ходе разработки технологического процесса, технологического оборудования или технических устройств детально анализируются все возможные риски, вероятность наступления опасных событий и их последствия, и при необходимости реализуются технические и организационные решения для снижения риска до приемлемого. Такой подход требует наличия компетентных специалистов, обладающих необходимым объемом знаний и опыта.
Анализ риска проводится много раз на всех стадиях разработки технологического процесса, от идеи как построить технологию, до опытных установок, аппаратного оформления процесса, компоновочных решений и реализации каждого аппарата и узла в технологической цепочке.
В качестве примера можно рассмотреть элементы процесса гидрокрекинга вакуумного газойля (крекинг условно тяжелого нефтепродукта в среде водорода). Процесс проходит при высокой температуре и давлении в присутствии катализатора. Соответственно для реализации процесса как минимум потребуется реактор с катализатором, печь нагрева, теплообмен, компрессор водорода, насосы высокого давления, сепараторы высокого давления для разделения газо-продуктовой смеси.
Основа технологии выглядит не сложно: смешиваем сырье с водородом, нагреваем в теплообменниках и печи до температуры крекинга (процесс проходит в прямом и обратном направлении), направляем в реактор где на катализаторе процесс смещается в нужную нам сторону для максимального получения целевого продукта, после реактора снижаем температуру продукта на теплообменниках, в сепараторе разделяем смесь на водород содержащий газ и жидкий целевой продукт. Все ничего, но температура крекинга 400-500С, давление при котором процесс проходит эффективно 14-20МПа (140-200кгс/см2), в реакторе процесс проходит с выделением тепла, кроме целевых реакций проходят и другие, в том числе с образованием кокса и твердыми отложениями, и много других неприятных моментов. Оборудование приходится изготавливать из специальных сталей по сложным технологиям, толщина стенки аппаратов достигает 260мм.
Первый анализ рисков проводят еще на этапе разработки принципиальных технологических решений, выявляя возможные риски и причины их возникновения:
- высокая температура сырьевой и продуктовой смеси;
- высокое давление в контуре;
- разогрев стенки реактора из-за экзотермической реакции;
- эффект водородного растрескивания (молекулы водорода при таком давлении и температуре мигрируют в кристаллическую решетку металла и при резком снижении давления вызывают разрыв кристаллической решетки);
- отложение кокса на катализаторе может привести к неравномерному потоку в реакторе и локальным перегревам;
- при пропуске в атмосферу при таких давлениях водород самовоспламеняется из-за трения о воздух, водородное пламя прозрачное и практически не заметно;
- в процессе выделяется сероводород;
- при охлаждении продуктовой смеси в теплообменниках и аппаратах воздушного охлаждения выпадают аммонийные соли;
и это далеко не полный перечень опасных факторов.
Понятно, что в соответствии с процедурой, идентификация рисков выглядит не так, должны быть определены параметры, ключевые слова, схема процесса разделена на участки и т.д. Но сейчас мы разбираем не процедуру, а принципиальный подход, хотя процедура тоже очень важна.
Дальше собирается команда гуру-специалистов и начинают анализировать все возможные риски. Специалисты реально являются ГУРУ, технологи которые имеют опыт разработки аналогичных процессов, понимают все сложные моменты технологии, специалисты по оборудованию, которые знают металлургию, имеют опыт конструирования технологических аппаратов на такие условия, конструкторы, которые знают как выполняется компоновка с учетом высокой температуры, давления, коксуемости среды и т.д. Когда общаешься с этими ГУРУ понимаешь, что уровень специалистов на несколько порядков выше, чем у наших проектных институтов, которые гордятся тем, что проектная документация прошла государственную экспертизу (реальный уровень наших проектных институтов и государственной экспертизы «ниже плинтуса»). Поэтому, когда анализ безопасности проводят в наших проектных институтах или с приглашением технологов от производства (уровня начальника установки), сессии HAZOP превращаются в бездарное и бессмысленное шоу.
К сожалению, протоколы исследований безопасности процесса этапа разработки технологии и базового проектирования заказчику никогда не передаются, и посмотреть, как эти ГУРУ «разбирали» технологический процесс ни разу не получилось. На вопрос, «дайте посмотреть протоколы», ответ был простой: все результаты анализа рисков и принятые технические и организационные решения отражены в «Руководстве по безопасности базового проекта». Руководство по безопасности конечно содержит много полезной информации, но без должного уровня знаний, не всегда понято, почему приняты те или иные решения.
Возвращаясь к процессу гидрокрекинга:
- чтобы исключить водородное растрескивание металла, разрабатывается несколько технических и организационных требований: подъем давления в контуре реактора выполняется ступенчато, сначала до 3,6МПа, затем реактор нагревается до 250С, и только после этого давление поднимается до рабочего 20МПа. Сброс давления в обратной последовательности, снижаем давление до 3,6МПа, снижаем температуру ниже 250С, выдерживаем не менее 30 минут, полностью сбрасываем давление. Для реализации ступенчатого сброса давления в технологической схеме реализуется специальный блок клапанов (клапаны медленного сброса, клапаны быстрого сброса). Быстрый сброс давления с реакторного блока без снижения температуры и выдержки времени допускается только при реальной угрозе аварии (серьезная разгерметизация, перегрев стенки реактора выше предельного значения), так как быстрый сброс сам может привести к аварии. Поэтому, например, пожар на установке не является причиной для выполнения быстрого сброса давления с реакторного блока. Ступенчатый сброс давления это одно из ключевых решений по обеспечению безопасности процесса;
- для снижения вероятности перегрева стенки реактора в реакционные зоны дополнительно вводят холодный водород (квенч). При небольшой разгерметизации контура высокого давления, квенч все равно продолжают подавать до снижения температуры в реакторе и прекращения реакции с выделением тепла, чтобы предотвратить перегрев стенки реактора. Подача квенча тоже одно из решений по обеспечению безопасности процесса;
- чтобы обеспечить постоянный отвод тепла из реакционной зоны, необходимо обеспечить непрерывное движение продукта через реактор. Поэтому в базовом проекте детально проработана и описана технологическая цепочка от входа сырьевой смеси в контур высокого давления до сброса водородсодержащего газа из контура. Сброс избытка газа из контура высокого давления в линию топливного газа или на факел также обеспечивает поддержание давления в контуре. В результате анализа рисков определили, если остановить сброс избытка газа из контура, получим риск перегрева стенки реактора и риск повышения давления в контуре реактора, что потребует выполнения аварийного сброса давления. Чтобы обеспечить беспрепятственное движение газа в базовом проекте принято несколько технических решений, в том числе исключили всю арматуру по линии газа от входа в реакторный блок до выхода в линию топливного газа или факела, оставили только два независимых регулирующих клапана из контура высокого давления в линии соответственно топливного газа и факела. Решения по сбросу избытка газа из контура высокого давления тоже одно из важнейших решений по обеспечению безопасности процесса;
При разработке проектной документации наши горе проектировщики «в соответствии с нормами РФ для снижения количества опасного вещества, выбрасываемого в атмосферу при аварии» разделяют установку на «взрывоопасные блоки», реактор выделяют в отдельный блок, и устанавливают межблочные отсекатели в том числе и на линии подачи квенча и на линии сброса избытка газа, полностью уничтожая всю концепцию безопасности и результаты анализа риска базового проекта. Обоснование простое: так требуют наши нормы, мы не можем нарушать требования норм РФ.
- небольшой пропуск в атмосферу водород содержащей смеси при высоком давлении вызывает самовоспламенение (скорость истечения большая, водород воспламеняется из-за трения о воздух). Водород горит бесцветным пламенем и факела практически не видно. Даже небольшой факел может привести к разогреву фланцевого соединения, штуцера, трубопровода, стенки аппарата (куда будет попадать пламя), что приведет к серьезной аварии. Проанализировали, выявили реальный риск, нужны компенсирующие мероприятия. Есть два основных решения для снижения риска пропуска или аварии в следствии пропуска, которые применяют разные лицензиары. В первом случае, все фланцевые соединения выполняются на металлических прокладках 8-ми угольного сечения (для таких давлений фланцы имеют толщину 100-200мм, а прокладки стандартно в виде металлических колец овального сечения, и даже шпильки из специальной стали, с одинаковым коэффициентом температурного расширения с фланцем, высокой прочности и на каждой шпильке пробит свой уникальный номер, и это тоже элементы безопасности процесса). Кроме особых прокладок, вокруг каждого фланца выполнено кольцо из перфорированной трубы и подведен пар низкого давления, называется это «паровым кольцом». При герметичном фланцевом соединении, пар струится из отверстий кольца равномерно, создавая ровное облако вокруг фланца. При пропуске, водородный факел «разрывает струйки пара» в месте пропуска, и по неравномерности парового кольца можно определить наличие пропуска. Понятно, что при этом необходим постоянный обход, осмотр и контроль, т.е. наличие персонала в потенциально опасной зоне. Второе решение, это исключить фланцевые соединения в блоке высокого давления, присоединение трубопроводов ко всем аппаратам выполняется приварным, арматура остается только по границе блока (на компрессоре, насосах, регулирующих клапанах), внутри блока высокого давления арматуры нет, блок отключается и выводится из работы полностью, отдельные аппараты (теплообменники, АВО, сепараторы) не отключаются. Фланцевых соединений на высоком давлении становится в тридцать раз меньше, соответственно меньше вероятность разгерметизации и пропуска. Но в таком варианте необходимо детально прорабатывать и строго соблюдать определенные компоновочные решения, взаимное расположение аппаратов, высотные отметки, длину участков трубопроводов с учетом температурных расширений и нагрузок на штуцеры, все эти моменты детально описаны в руководстве по безопасности базового проекта и особенностях проектирования процесса. Снижения риска пропуска фланцевых соединений или аварии в следствии пропуска одно из важнейших решений по обеспечению безопасности процесса;
Когда наши горе проектировщики «анализируют риски» и в контуре высокого давления фланцевую арматуру заменяют на приварную (не исключают арматуру внутри контура, а заменяют фланцевое присоединение на приварное, с утверждением «так безопасней»), это показывает их полную бездарность и несостоятельность. Приварную арматуру невозможно демонтировать, отревизировать, отремонтировать и испытать, она становится просто бессмысленным участком трубопровода с двумя дополнительными сварными стыками и фланцем на крышке. Безопасность это никак не повышает. Если арматура не нужна, ее надо исключить из схемы вообще, если нужна – выполнить фланцевой со всеми решениями по безопасности. В таких «анализах риска» и бездарных решениях и проявляется разница между анализом рисков реальными ГУРУ и «специалистами» из проектных институтов.
- в составе установки есть технологические блоки с расчетным давлением 3,6МПа и расчетным давлением 20МПа, блоки между собой технологически связаны, значит есть возможность перетока среды и давления из блока высокого давления в блок низкого давления, что потенциально несет риск повышения давления выше расчетного и разрушения аппаратов и трубопроводов блока низкого давления. В процессе анализа выявляются все точки перехода давления и возможность перетока среды (жидкости или газа) и повышения давления выше расчетного, прорабатываются решения по защите от превышения давления: низкая сторона защищается предохранительными клапанами, на границе блока высокого давления устанавливаются регулирующие клапаны очень нетривиальной конструкции (рабочий перепад давления на клапане 16МПа), сдвоенная ручная отключающая арматура и т.д. Одной из точек перехода давления будет насос высокого давления, который подает нефтепродукт в контур высокого давления (в тройник смешения с водородсодержащим газом). Насос центробежный, многоступенчатый, на приеме 3,6МПа, на нагнетании 20МПа. При останове насоса возможен обратный поток среды с давление 20МПа через насос в линию на приеме насоса. Для предотвращения обратного потока на линии нагнетания насоса устанавливается обратный клапана (типовое решение для всех центробежных насосов для защиты от обратного потока), но учитывая высокий перепад давления, вероятность негерметичности обратного клапана и катастрофические последствия разрушения аппаратов и трубопроводов блока низкого давления, в базовом проекте предусматривают дополнительные решения для снижения риска аварии: устанавливается дополнительный обратный клапан, устанавливается отсечной клапан на линии нагнетания, закрывающийся системой ESD при останове насоса, в РСУ выполняется схема регулирования расхода нефтепродукта в тройник смешения и поддержание минимального расхода через насос, в руководстве по безопасности указывается, что при детальном проектировании должно быть уделено особое внимание этим решениям и элементам безопасности. Обратный поток через насос высокого давления, это еще один пример риска, выявленного в процессе анализа базового проекта, который будем разбирать на последующих этапах.
Приведенные примеры – это малая часть решений, принятых на основе анализа рисков на этапах разработки технологии и базового проектирования. На этом этапе еще нет никакого SIL, ПСБ, контрольно-измерительных приборов, контроллеров, ESD-системы, контуров безопасности, т.е. всего, что относится к слою инструментальной системы безопасности, этот слой рассматривается позже, на этапе детального проектирования (не надо путать с нашей рабочей документацией). В руководстве по безопасности базового проекта даются только общие требования и рекомендации к системе инструментальной безопасности.
Все факторы рисков, приведенные выше в качестве примера, выявлены в процессе анализа, и ни какие «правила и нормы РФ», СНиП, СП не содержат требований и рекомендаций, позволяющих снизить значение этих рисков до приемлемого уровня. Для таких сложных процессов «соответствие нормам» еще не означает, что риск аварии находится на приемлемом уровне. Скорее наоборот, бездумное стремление соответствовать нормам РФ, да еще в бездарном прочтении этих норм, когда пытаются формально соответствовать фразе, а не содержащейся в ней смыслу, приводит к разрушению всей концепции обеспечения безопасности технологического процесса.
Технологические процессы и технические устройства во всех отраслях промышленности (да и повседневной жизни) развиваются очень быстро и постоянно усложняются, поэтому невозможно придумать универсальные нормы и правила, обеспечивающие приемлемый уровень риска для всех случаев. По мере развития собственных, по настоящему российских технологий, мы вынуждены будем перейти к построению систем безопасности технологических процессов на основе анализа рисков, с полноценной и качественной организацией всех процедур.
Вывод
Для обеспечения безопасности технологического процесса и снижения риска до приемлемого значения, руководствуясь только «действующими нормами и правилами», невозможно. Соответствие правилам не означает, что риск находится на приемлемом уровне.
Для построения системы безопасности технологического процесса на основе анализа риска необходимы квалифицированные специалисты, собственные технологии, опытные производства, научно-технические школы.
Переход от «соответствия нормам» к «анализу рисков» возможен только при полном изменении подхода к разработке проектной документации, экспертизе проектной документации и государственному контролю за опасными производственными объектами.
При существующей системе с засилием технически некомпетентных специалистов в органах экспертизы и надзора, наделенных правом «рассматривать», «не согласовывать», «выдавать отрицательное заключение», «направлять предписания», переход от «норм и правил» к «анализу рисков» не возможен.
Если в один момент отказаться от главенства «норм и правил», рухнет вся существующая система разработки, согласования и экспертизы проектной документации, и вся существующая система государственного надзора и контроля за опасными производственными объектами. Это приведет к параличу проектировщиков, так как их квалификация не позволяет самостоятельно принимать технические решения, и упразднению надзорных органов в существующем виде, так как отсутствие норм лишит их «карательных функций» и приведет к бессмысленности их существования.
Поскольку каких-либо кардинальных и качественных изменений в части подготовки проектной документации, реорганизации системы государственной экспертизы и надзорных органов не проводится, говорить о возможности перехода от «норм и правил» к «анализу рисков» для обеспечения безопасности технологического процесса или технических устройств бессмысленно.