Целлюлозно-бумажные производства (ЦБП) отличаются высокой взрывопожароопасностью из-за технологических процессов. Большинство используемых в них видов сырья, полуфабрикатов, готовой продукции и побочных продуктов — это химически опасные и (или) горючие вещества. Кроме того, на целлюлозно-бумажных производствах есть сосуды под избыточным давлением и подъемные сооружения. Все эти опасные факторы обусловливают повышенный риск аварий на ЦБП. Разбираемся, почему опасны целлюлозно-бумажные производства, и как защитить их от взрывов.
Немного статистики по происшествиям
Ежегодно на объектах ЦБП происходят аварии с тяжелыми или летальными последствиями. Мы собрали наиболее громкие случаи за последние несколько лет.
- Январь 2013 года — разрыв бака с неочищенным конденсатом из-за разгерметизации во время пуско-наладочных работ на промплощадке Братского лесопромышленного комплекса Группы «Илим». Пострадало два работника подрядной организации. Они были доставлены в больницу в тяжелом состоянии.
- Ноябрь 2015 года — взрыв из-за воспламенения паров в технологической емкости со слабоконцентрированным раствором гипохлорита натрия на Братском лесоперерабатывающем комплексе. Погиб сотрудник подрядной организации, двое пострадавших доставлены в больницу в состоянии разной степени тяжести.
- Июль 2020 года — разрыв трубопровода во время ремонтных работ на Светлогорском целлюлозно-картонном комбинате. Два работника получили ожоги щелочью. Впоследствии один из пострадавших скончался.
- Декабрь 2021 года — взрыв с последующим пожаром из-за разгерметизации на кислородной магистрали Усть-Илимского целлюлозно-бумажного комбината. Пострадало пять человек. Впоследствии трое из них скончались в больнице.
- Апрель 2022 года — выброс метана в канализационном коллекторе Селенгинского целлюлозного комбината в Бурятии. Погибло пять рабочих.
- Август 2022 года — выброс топочных газов в цехе содорегенерационных котлов Усть-Илимского ЦБК. Пострадал рабочий. Впоследствии он скончался в больнице от ожогов.
- Июнь 2023 года — вспышка газовоздушной смеси при промывке теплообменника в цеху выпарки скипидара на Светлогорском ЦКК. Точных данных о пострадавших нет.
Аварии на целлюлозно-бумажных производствах происходят по похожим причинам:
- отсутствуют или устарели системы взрыво- и пожарозащиты;
- не соблюдаются правила технической эксплуатации в части своевременного технического обслуживания оборудования;
- не контролируются действия подрядных организаций;
- эксплуатируется изношенное оборудование;
- нарушается технология производства работ;
- к работам допускается неподготовленный персонал.
Но даже при соблюдении всех правил предприятия целлюлозно-бумажной промышленности горят и взрываются. Это связано с технологией производства на них: использованием агрессивных химических сред, органического сырья, сложного оборудования. Полностью исключить риск аварий на ЦБП нельзя. Но можно его минимизировать и уменьшить последствия.
Взрывопожароопасность целлюлозно-бумажных производств
На ЦБП есть несколько опасных факторов, но мы остановимся на одном из них: горючие пыле- и газовоздушные смеси. Их взрывоопасность оценивается по НКПВ — нижнему концентрационному пределу воспламенения. Этот показатель отражает, сколько горючего вещества должно минимально содержаться в одном кубометре воздуха, чтобы произошло возгорание. По пылям он оценивается в г/м3; по газам — в %.
Все производства, где НКПВ ниже 65 г/м3 или 10 %, относятся к взрывоопасным. Смотрите в таблице, сколько составляет этот показатель по веществам на целлюлозно-бумажных комбинатах.
| Вещество | НКПВ взвеси в воздухе (аэрозоля), г/м3 |
|---|---|
| Древесная мука | 11,2 |
| Канифоль | 12,6 |
| Лигнин лиственных пород | 30,2 |
| Лигнин хвойных пород | 30,5 |
| Сера | 2,3 |
| Фенольная смола | 25 |
| Сероуглерод | 1,2 % |
| Ацетон | 2,5 % |
| Метан | 5 % |
Пыле- или газовоздушная смесь при достижении нижнего порога концентрации уже способна воспламениться в контакте с источником зажигания и привести к локальному взрыву. Ударная волна от него способствует распространению пламени дальше. Происходит контакт с новыми объемами горючей смеси, и следует серия вторичных взрывов, разрушительных для оборудования и губительных для людей.
Комбинация условий ведущих к воспламенению и взрыву
Воспламенение и последующее горение возникают, когда на одном месте одновременно находятся:
- вещества, характерные экзотермическими реакциями,
- достаточное количество кислорода (окислителя),
- эффективный источник зажигания (эффективный источник инициирования горения)
Причины и места образования горючих взвесей
Взрывоопасная среда на ЦБП присутствует в нескольких местах. При транспортировке и обработке древесных материалов возникает целлюлозная пыль. Она накапливается в системах пылеудаления, поэтому в них взрывоопасная среда есть всегда. Также на целлюлозно-бумажных комбинатах используются агрессивные химические вещества, пары которых скапливаются в емкостях и трубопроводах.
Из-за нарушения технологических процессов может происходить заклинивание быстровращающихся частей оборудования, что приводит к искрению, перегреву подшипников. Кроме этого, на ЦБП всегда есть нагретые поверхности — стенки варочных и содорегенерационных котлов, утилизаторов древесных отходов, трубопроводов.
Контакты горючей среды и источников воспламенения и приводят к локальным взрывам. По каким причинам чаще всего происходят пожары и аварии на ЦБП:
- нарушение правил производства огневых работ на промплощадках, в цехах, складских помещениях, что приводит к возгоранию сырья, отходов и готовой бумажной продукции;
- попадание воды в расплавы щелока в содорегенерационных котлах — такие взрывы могут вызвать разрушение здания ТЭС;
- заклинивание или перегрев подшипников на станциях пересыпа приводит к возгоранию резиновых лент и древесного сырья на транспортерах;
- завышение температуры на сушильных цилиндрах бумагоделательных машин приводит к воспламенению целлюлозного полотна;
- применение оборудования и устройств, сертифицированных для взрывоопасных сред;
- обучение персонала безопасным методам и приемам выполнения работ;
- регламентацию и соблюдение правил проведения огневых работ;
- контроль за деятельностью подрядных организаций, в том числе проверку квалификации их персонала.
Разработку мер защиты ЦБП начинают с аудита взрывопожароопасности. Проектная организация определяет взрывоопасные зоны и уже на этом основании дает рекомендации.
Какие способы по защите от взрывов на ЦБП могут быть по Директиве ATEX 153:
- установка HRD-систем для подавления взрывов на транспортерах, бункерах, дробилках и другом оборудовании, рядом с которым находятся люди;
- применение взрыворазрядных панелей или устройств для беспламенного сброса давления взрыва (пламегасителей);
- использование обратных клапанов и шиберных задвижек для отсечения взрыва и недопущения его проникновения в смежные единицы оборудования;
- установка систем автоматического пожаротушения;
- регулярное проведение противоаварийных и противопожарных тренировок работников.
Меры взрывопрофилактики и взрывозащиты зависят от условий эксплуатации и сложности объекта. Их разрабатывают индивидуально для каждого предприятия на основе законодательных требований.
Проектированием систем взрывозащиты занимаются специализированные экспертные организации. Их специалисты определяют класс необходимых устройств, места их установки с учетом специфики отдельного объекта. Специалисты ATEX.CENTER могут осуществить все работы по проектированию и подбору технического решения «под ключ».