Приложение 3. РУКОВОДСТВО ПО БЕЗОПАСНОСТИ "МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ АНАЛИЗА РИСКА НА ОБЪЕКТАХ ПРОИЗВОДСТВА, ТРАНСПОРТИРОВКИ, ХРАНЕНИЯ, ОТГРУЗКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА"

Основные опасности аварий на ОПО СПГ связаны с возможностью выброса обращающихся в технологическом процессе опасных веществ, в том числе природного газа в сжиженном и сжатом состоянии, хладагентов (этан, пропан, бутан), стабильного и нестабильного конденсата. Анализ опасностей ОПО СПГ определяется необходимостью учета криогенного состояния природного газа в оборудовании и больших объемов изотермического хранения СПГ, в том числе в резервуарах объемом более 100 тыс. м3.

В связи с этим при анализе риска выброса СПГ особое внимание рекомендуется уделять таким следующим факторам:

- обращение в оборудовании больших объемов СПГ с возможностью аварийного выброса в атмосферу повышенных объемов газовой и жидкой среды в существенно различном термодинамическом состоянии;

- возможность ограничения разлива жидкой фазы СПГ по территории ОПО;

- срабатывание систем защиты, меры безопасности для сокращения объемов выброса СПГ в окружающую среду;

- возможность образования протяженных зон поражения.

Наличие СПГ и ряда СУГ предполагает наличие специфических факторов, обусловленных следующими свойствами обращающихся веществ:

- изотермическое хранение предполагает появление низких температур: около минус 160 °C на хранилищах СПГ и минус 73 °C на хранилищах этана (на объектах производства СПГ), на "малотоннажных" объектах с СПГ может реализовываться и полуизотермическое хранение СПГ с давлением до 1,2 МПа;

- повышенные пределы воспламенения метана (4,4 - 17%-об.) по сравнению с иными углеводородами создают взрывоопасные концентрации при повышенных концентрациях СПГ;

- наличие перегретых жидкостей, способных при сбросе давления переходить в газовую фазу (пропан, бутан, СПГ в полуизотермическом хранении);

- наличие примесей (этан, пропан, бутан и др.) повышают реакционную способность ТВС по сравнению с чистым метаном;

- различные составы (и плотности) СПГ при последовательном доливе в уже частично заполненный объем создают предпосылки к расслоению жидких фаз. Такое расслоение приводит к слабому тепло- и массообмену между слоями, в результате верхний слой быстро испаряется, что приводит к увеличению его плотности, а нижний нагревается за счет теплообмена с емкостью, что приводит к уменьшению его плотности. Такие процессы приводят к возникновению гидродинамической неустойчивости на границе слоев. Более тяжелый верхний слой в поле силы тяжести начинает смешиваться с менее плотным нижним слоем. Такое смешение приводит к интенсивному образованию паров и требует более интенсивного отвода паров из емкости. Это явление называется "ролловер", оно возникает либо при дозаправке емкости системы заправки новой дозой (порцией), физические параметры которой отличаются от имеющейся, либо за счет саморасслоения СПГ вследствие преимущественного выкипания из него азота. По этой причине происходит стратификация СПГ (или иного сжиженного газа) на два горизонтальных слоя. Нижний слой за счет внешнего теплопритока перегревается и аккумулирует часть тепла, не успевая передать его на верхний. При возникновении "ролловера" происходит потеря устойчивости расслоившегося слоями жидкого объема СПГ и интенсивное перемешивание этих слоев, накопленное тепло при этом уходит на фазовый переход части жидкости, тем самым увеличивая давление в газовой подушке. "Ролловер" может повторяться последовательно несколько раз. Такой неконтролируемый рост давления может привести к повреждению хранилища и самой системы заправки. Основным способом предотвращения "ролловера" является обеспечение однородного распределения плотности и состава по хранилищу за счет предотвращающего "ролловер" заполнения и с помощью контроля однородности распределения СПГ в хранилище;

- пары природного газа могут иметь как положительную, так и отрицательную плавучесть: граница нейтральной плавучести - минус 110 °C;

- в силу большой разницы температур жидкой фазы СПГ и подстилающей поверхности имеет место сильная зависимость интенсивности кипения от разности температур СПГ и подстилающей поверхности, твердой и жидкой (вода); при начальной стадии пролива, пока существует большая разница температур и при этом поверхность еще не охладилась, имеет место пленочный режим кипения СПГ, когда между поверхностью и СПГ существует паровая "подушка", формирующаяся в начальные моменты времени и лимитирующая подвод тепла. По мере охлаждения поверхности и разности температур в проливе имеет место контакт жидкой фазы с подстилающей поверхностью и, как следствие, увеличение теплообмена между ними (пузырьковый режим кипения);

- низкая вязкость позволяет СПГ легко растекаться тонким слоем;

- большие объемы хранения СПГ создают угрозу появления больших и долго существующих облаков ТВС. В этом случае при попадании в облако строений с внутренними помещениями возможна инфильтрация (проникновение) ТВС внутрь этих помещений, что при инициировании процессов горения во внутренних помещениях влечет за собой внутренний взрыв (сгорание ТВС в замкнутом объеме с повышением давления, разрушением и выбросом сильно турбулизованных продуктов). Такой внутренний взрыв является мощным источником инициирования взрывного горения в основном (большом) облаке с повышенной скоростью горения и интенсивным образованием волн давления;

- плотность СПГ (в зависимости от состава и давления 410 - 500 кг/м3) меньше плотности воды и поэтому жидкий СПГ может находиться на поверхности воды и дрейфовать;

- температура самовоспламенения метана 545 °C, что исключает самовоспламенение смеси метана с воздухом и делает возможным зажигание такой смеси только при наличии источника зажигания;

- высокая кратность образования пара из единицы жидкого объема - 600 крат;

- низкая температура и высокая кратность парообразования СПГ делают возможным возникновение "физического взрыва" при контакте (смешении) жидкого СПГ с имеющими существенно большую температуру объектами окружающей среды; такой контакт (смешение) приводит к быстрому фазовому переходу СПГ в пар и образованию вследствие этого воздушных ударных волн и волн давления; наиболее интенсивно быстрый фазовый переход протекает при контакте (смешении) с водой;

- в изотермических хранилищах при небольшом избыточном давлении паровой фазы в случае истечения при разрушении корпуса скорость выброса будет определяться гидростатическим давлением от столба жидкости над уровнем отверстия разрушения. При такой ситуации газ снаружи от места разрушения будет проникать внутрь объема в виде пузырьков через отверстие разрушения и при подъеме в верхнюю часть резервуара скапливаться там. Если истечение происходит в атмосферу, то в емкость будет проникать воздух, тем самым внутри резервуара может образоваться ТВС. Наиболее опасным исходом такой ситуации является внутренний (в объеме изотермического хранилища) взрыв при инициировании через отверстие разрушения и истечения при опускании уровня жидкости в резервуаре до уровня этого отверстия, что возможно при появлении горения снаружи резервуара (зажигании пролива снаружи, горение облаков ТВС снаружи).

Основные поражающие факторы аварий на ОПО СПГ следующие:

- охрупчивание конструкций, не рассчитанных специально на криогенное воздействие;

- быстрый фазовый переход (физический взрыв) с образованием воздушных волн сжатия;

- тепловое излучение и контакт с пламенем при горении проливов СПГ (и других углеводородов);

- тепловое излучение и удар пламени при горении факелов;

- огненные шары расширяющихся вскипающих жидкостей BLEVE (при каскадном разрушении одностенных емкостей без вакуумированных и (или) теплоизолированных стенок и полуизотермических двухоболочечных резервуаров);

- волны давления и контакт с пламенем при горении облаков ТВС;

- волны давления (и разлетающиеся осколки) от внутренних взрывов;

- криогенное поражение человека (ожог);

- удушение человека при снижении концентрации кислорода в протяженных облаках;

- осколки прежде всего при разлете фрагментов оборудования сжатого газа.

На крупнотоннажных ОПО СПГ рекомендуется применять следующие виды изотермических резервуаров:

- двустенные (двухоболочечные с полной герметизацией) изотермические резервуары, которые включают самонесущий внутренний резервуар (выполненный из криогенной хладостойкой стали) с подвесным перекрытием и внешний резервуар с купольным перекрытием, изготовленный из предварительно напряженного железобетона с герметизирующей облицовкой внутренних стенок и днища хладостойкой сталью. Для изотермических резервуаров СПГ объемом хранения до 60 000 м3 включительно допускается выполнение внешнего резервуара из криогенной хладостойкой стали. Независимо от конструктивного исполнения внешний резервуар предназначен для обеспечения полного удержания СПГ и безопасного сброса его паров при авариях, связанных с нарушением целостности внутреннего резервуара;

- мембранные изотермические резервуары, которые состоят из нескольких слоев: внутреннего слоя из гофрированного листа нержавеющей стали, контактирующего с СПГ; промежуточной многослойной изоляции из фанеры, усиленной пенополиуретаном и триплексом; внешней оболочки из армированного бетона.

При разгерметизации гофрированного листа предполагается, что остальные слои обеспечат герметичность мембранного резервуара. Внешняя оболочка из армированного бетона обеспечивает устойчивость к внутренним и внешним нагрузкам, а гидроизолирующий слой предотвращает попадание влаги в резервуар.

Современные проектируемые изотермические и полуизотермические резервуары, оснащенные двумя барьерами (оболочками), способны сохранять целостность и не давать выходить жидкой фазе СПГ за пределы собственно емкости при всех вариантах эксплуатации. Разрушение таких резервуаров с выходом жидкой фазы СПГ возможно только при возникновении взрывных (включая ударные) нагрузок нерасчетного характера (террористические акты, военные действия, падения метеоритов). При исключении таких воздействий путем соответствующих мер безопасности допускается не рассматривать при количественной оценке риска сценарий полного разрушения резервуара и аварийного выброса жидкой фазы СПГ в ОС.

При авариях без выхода жидкой фазы предполагается, что жидкая фаза СПГ после разрушения внутренней оболочки или емкости остается в теплоизолирующем слое, испаряется, а образовавшиеся пары выходят через предохранительный клапан.

Специфика развития аварий с СПГ на малотоннажных производствах определяется технологией обращения СПГ в полуизотермическом режиме обращения под давлением (давление, как правило, до 1,2 МПа, температура выше температуры кипения при 0,1 МПа).

Полуизотермические резервуары по конструктивному исполнению подразделяются на:

- двухоболочечный резервуар СПГ с термоизоляционным кожухом, предназначенным для обеспечения вакуумной изоляции, и при разгерметизации внутреннего сосуда удерживающим в межстенном пространстве жидкую фазу СПГ с контролируемым сбросом паров СПГ в атмосферу;

- резервуар СПГ в термоизоляционном кожухе, предназначенном для обеспечения вакуумной изоляции и обеспечивающим, при разгерметизации внутреннего сосуда, истечение СПГ непосредственно в ограждение резервуара только через специально предназначенное для этого устройство, установленное на кожухе.

В соответствии с нормативными требованиями безопасности для дополнительного ограничения распространения жидкой фазы при разрушении полуизотермического резервуара такие резервуары оснащаются внешней оболочкой (кожухом), которая в свою очередь может заполняться пористой средой и (или) герметизироваться газонепроницаемой крышкой, а также системой сброса паров СПГ.