ЭКОНОМИЯ, ОБУСЛОВЛЕННАЯ РАСШИРЕНИЕМ МАСШТАБА ПРОИЗВОДСТВА

2.4. ЭКОНОМИЯ, ОБУСЛОВЛЕННАЯ РАСШИРЕНИЕМ МАСШТАБА ПРОИЗВОДСТВА

В предыдущих разделах обсуждались не все типы химических технологий, рассмотрение по существу было ограничено непрерывными технологическими процессами.

Различие между непрерывными и периодическими технологиями заключается в следующем. В периодических технологиях в каждой составляющей производственного процесса такие свойства продуктов, как фазовое состояние (твердое, жидкое или газообразное), химический состав, температура и давление, претерпевают циклические изменения. В непрерывных технологиях в каждой составляющей производственного процесса вышеперечисленные свойства продуктов поддерживаются более или менее постоянными. И действительно, цель систем управления заключается в минимизации возможных отклонений.

Для технологий переработки примером периодических производственных процессов является ферментация (реализуемая в подавляющем большинстве случаев именно таким образом), тогда как функционирование современного паропроизводящего аппарата служит примером непрерывного процесса, при котором в аппарат равномерно поступают топливо и вода и также безостановочно производятся пар и побочные продукты.

Химические предприятия, служащие предметом опасений и страхов общественности, относятся большей частью к типу непрерывных технологий. Тип периодической технологии характерен в настоящее время для малотоннажных производств, выпускающих фармацевтическую продукцию, красители, пестициды, лакокрасочные материалы или резины. Тем не менее в случае использования высокотоксичных веществ и периодические технологии следует рассматривать как источник химических опасностей. Отдельные промышленные предприятия с периодическими технологиями, производящие лаки или резины, достаточно крупны и могут быть отнесены к категории опасных химических производств из-за возможности возникновения пожаров и взрывов паровых облаков.

2.4.2. УКРУПНЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСТАНОВОК И КАПИТАЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ

Зависимость капитальных затрат на химическую или перерабатывающую установку (или же предприятие) от ее производительности может быть представлена соотношением

Сх = Су- (х/у)z

где Сх и С - стоимость установки (или предприятия) с производительностью х или у соответственно (в некоторых единицах, например т/сут). Как правило, 0,6

В общем случае z≤l, поэтому экономия на капитальных затратах может быть получена за счет повышения производительности установки (промышленного предприятия). На практике величина z для промышленных предприятий в целом колеблется между 0,6 и 0,66, что дает основание называть вышеуказанное соотношение "правилом 60 (процентов)" или "законом двух третей". Разброс величины z для отдельных производственных установок может быть несколько шире.

Справедливость рассматриваемого соотношения хорошо известна инженерам-химикам;* однако, возможно, о нем менее осведомлены специалисты в других областях. В этих условиях важность обсуждаемого соотношения обусловливает необходимость более подробно остановиться на его обосновании.

Рассмотрим пример. Пусть первым этапом проектирования некоторой производственной установки будет выбор ее двух параметров - длины и поперечного сечения. Длина установки определяется потребностью размещения оборудования для охлаждения или нагрева рабочего продукта или же необходимостью постановки скруббера для понижения концентрации диспергированной составляющей газа. Грубо говоря, именно эта потребность определит длину теплообменника или же высоту колонны скруббера - такие параметры оказываются независимыми от пропускной способности. Когда значение длины установки выбрано, поперечное сечение становится параметром, однозначно связанным с пропускной способностью. От поперечного сечения зависит и количество труб теплообменника, и размер колонны газоочистителя.

Таким образом, различие между двумя однотипными промышленными предприятиями, имеющими лишь разную производительность, характеризуется диаметрами аппаратов, а не их длинами или высотами.

Поэтому стоимость цилиндрических частей внешней оболочки теплообменника или колонны скруббера (в предположении независимости толщины стенок от производительности) описывается в рамках сделанных предположений выражением

____________________________________________________________

* Важность факта существования подобной зависимости и возможности ее использования при анализе безопасности несомненны. К сожалению, автором нигде не обсуждается статус этого соотношения (является ли оно эмпирическим правилом? или постулатом? или результатом точного экономического расчета?) и его верифицируемость. Разбираемый далее пример иллюстрирует лишь часть аргументов в пользу возможной справедливости вводимого соотношения, тогда как контраргументы остаются "в тени". - Прим. ред.

Для крыши или днища колонны, естественно, стоимость будет просто пропорциональна поперечному сечению:

Аналогичное рассмотрение для обвязки дает значение z, близкое к единице. Стоимость монтажа производственной установки является суммой разных компонент со значениями Z, лежащими в интервале 0,5 -1,0. Необходимо также помнить и то, что стоимость производственных установок - всего лишь одна составляющая стоимости промышленного предприятия в целом. Последняя включает в себя приобретение и обустройство промышленной площадки, проектирование, поставку оборудования, монтаж и снабжение зданий, дорог, трубопроводного хозяйства и т. д. Все эти позиции имеют свои собственные характеристики, величина z для многих из них близка к нулю.

Так, например, если два промышленных предприятия имеют одну и ту же технологическую схему, то стоимость проектирования не зависит от их производительности и z = 0. Аппаратурное оформление и обеспечение пультов управления также весьма слабо зависят от производительности, так что и в этом случае z≈0. С другой стороны, для электромоторов величина z близка к 1,0. Работа [Реггу,1973] содержит детальные сведения о показателях степени z для различных составляющих современного промышленного предприятия и примеры использования этих соотношений.

Как правило, усреднение z по всем составляющим промышленного предприятия в целом дает значение в интервале 0,6-0,7. Для z = 2/3 стоимость промышленного предприятия возрастает в 1,6 раза при удвоении и в 2,5 раза при учетверении масштабов производства. Таким образом, гораздо дешевле построить одно промышленное предприятие удвоенной производительности, чем два одинаковых одинарной мощности. На рис. 2.4 приводятся зависимости удельных затрат (на производство 1 т этилена) от мощности промышленного предприятия - по данным работы [Kniel,1980].

Экономия, обусловленная расширением масштаба производства, не обязательно оптимальна при воспроизведении технологической схемы мелкого промышленного предприятия на крупном предприятии. Возможность экономии на крупном промышленном предприятии обусловлена существованием условий, позволяющих использовать наукоемкие технологии, и может реализовываться, например, при введении сложных систем автоматического управления.

2.4.3. УКРУПНЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСТАНОВОК И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСХОДЫ

Еще большая экономия при укрупнении производственных установок связана с заработной платой, поскольку объем выплат оперативному персоналу не зависит

Рис. 2.4. Зависимость цены производства этилена от мощности предприятия в США (по данным различных источников).

В большинстве случаев производственная деятельность сопряжена с потерями тепла, удельная величина которых (объем потерь тепла на единицу готовой продукции) уменьшается при укрупнении производственных установок.

2.4.4. УКРУПНЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСТАНОВОК

И НАДЗОР ЗА БЕЗОПАСНОСТЬЮ

Затраты на надзор за безопасностью в общем случае более или менее независимы от размера производственных установок (т. е. z~Q) по тем же соображениям, что и для оперативного персонала в целом. Это заведомо так для методов типа изучения опасностей и функционирования (HAZOP) (определение метода дается в разд. 17.5.5 и в приложении I), поскольку их стоимость определяется сложностью технологической схемы и не зависит от мощности промышленного предприятия. Стоимость деятельности типа неразрушающего контроля сосудов под давлением пропорциональна, вообще говоря, поверхности инспектируемых аппаратов, поэтому для нее показатель степени z меняется в пределах 0,5 - 0,6.

В целом можно заключить, что удельные расходы на надзор за безопасностью (в расчете на единицу выпускаемой продукции) в значительной степени независимы от масштабов производственных установок. Однако практика такова, что в современных условиях для двух одинаковых промышленных предприятий возможно выделение меньших средств на надзор за безопасностью, чем для одного промышленного предприятия удвоенной мощности.

2.4.5. УКРУПНЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСТАНОВОК И НАСЫЩЕННОСТЬ ИХ ПОТЕНЦИАЛЬНЫМИ ОПАСНОСТЯМИ

Количество продуктов, находящихся в каждый момент времени на производственной установке,* вообще говоря, прямо пропорционально ее производительности:

где 1Х, 1у - объем хранения (см. приложение I) производственных установок с производительностью х и у соответственно.**

Таким образом, последствия потери герметичности будут вдвое тяжелее*** для катастрофической неисправности производственной установки промышленного предприятия с удвоенной производительностью по сравнению с аналогичными происшествиями на промышленном предприятии одинарной производительности.

Из сказанного следует, что вероятность возникновения неисправности на производственной установке практически не зависит от ее мощности. На протяжении достаточно длительного периода времени интегральная величина утечек на производственной установке промышленного предприятия вряд ли превысит аналогичный показатель двух одинаковых производственных установок, каждая из которых имеет вдвое меньшую мощность, чем исходная. Однако, как будет подробнее рассмотрено ниже, общественность воспринимает одну большую утечку как более серьезное, более опасное событие, чем несколько мелких (и равных по сумме выброшенных продуктов большей), поскольку одна крупная утечка способна выйти за пределы площадки промышленного предприятия (что может и не произойти в случае нескольких незначительных утечек).*

___________________________________________________________

*Другими словами, насыщенность установки потенциальными опасностями, - ведь речь идет об опасных продуктах: химических энергоносителях, токсичных веществах. - Прим. ред.

**Положение о прямой пропорциональности объема хранения и производительности установки, может быть справедливым лишь в предположении неизменности используемой технологии. Для разных технологий такое положение неверно: известно много примеров, когда использование более совершенных технологий сопровождается уменьшением объема хранения при повышении производительности установки. Вопрос о действительной связи этих параметров установок в промышленности крайне интересен и остается пока открытым. - Прим. ред.

***Для условий современной промышленности не следует понимать буквально декларируемую автором прямую пропорциональность размера события, инициирующего аварию, и масштаба возникающих последствий. Как показывает и анализ статистики аварий [Pietersen,1985], и результаты расчетно-теоретических исследований [Легасов, 1988], зависимость этих величин является существенно нелинейной, что обусловлено цепным механизмом развития аварии на энергонасыщенных промышленных предприятиях (эффект "домино" - см. приложение I). - Прим. ред.

2.4.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Расширение масштабов производства позволяет, бесспорно, получать значительную экономию как на капитальных затратах, так и эксплуатационных расходах. Затраты на надзор за безопасностью промышленного предприятия слабо связаны с его мощностью, поэтому более высокая экономичность крупных предприятий позволяет, в принципе, больше средств направлять на обеспечение безопасности и тем самым повышать ее.

Хотя, если рассматривать длительный период эксплуатации, общий объем утечек опасных веществ на большом числе малых промышленных предприятий примерно совпадает с аналогичным показателем для малого числа крупных промышленных предприятий (при условии равенства суммарной производительности этих двух групп предприятий); неисправности или аварии для промышленных предприятий последней группы, вероятно, скорее вызовут отклик в общественном сознании.

Два последних обстоятельства в совокупности являются взаимно исключающими: потенциал опасностей крупных промышленных предприятий выше, однако именно здесь имеется больше возможностей снизить риск.

_____________________________________________________________________________________

*Восприятие человеком опасностей имеет более сложную природу, чем можно было бы заключить из приводимого автором примера. - Прим. ред.