Количественный метод оценки риска аварий на опасных производственных объектах нефтегазового комплекса

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Медицинские науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Е. А. Юрьева
Количественный метод оценки риска аварий на опасных производственных объектах нефтегазового комплекса
Аннотация: В статье рассмотрен количественный метод оценки риска аварий на производственных объектах нефтегазового комплекса (анализ аварий на магистральных нефте- и газопроводах, в том числе с истечением широких фракций углеводородов), его результаты и преимущества. Приведена классификация основных методов количественной оценки риска, а так же примеры аналитического подхода оценки (дерево отказа, дерево событий).
Ключевые слова: предприятия нефтегазового комплекса, риск аварий, количественная оценка риска, сетевые методы (дерево отказа, дерево событий), структурное моделирование, имитационное моделирование, магистральные нефте- и газопроводы, трубопроводы с истечением широких фракций углеводородов.
Предприятия нефтегазового комплекса являются опасными производственными объектами, из-за значительного числа аварий с тяжелыми социально-экономическими и экологическими последствиями. Объекты нефтегазового комплекса подвержены постоянной модернизации оборудования: наблюдается увеличение мощностей аппаратов и установок с наличием в них большого количества взрыво-, пожаро- и ток-сикоопасных веществ, а, следовательно, неизбежен рост аварий в резервуарном парке и на нефте- и газопроводах. Для ликвидации, а главное для предупреждения подобных чрезвычайных ситуаций необходимо оценивать риск разливов нефти и газа и их последствий.
В 60-е годы прошлого столетия зарождались первые разработки в оценке техногенного риска, был предложен принцип анализа с помощью дерева отказов. В 70-е годы использовались методы анализа причин и последствий. Современные ученые работают над развитием теории и методов оценки рисков и разработкой мероприятий по снижению последствий техногенных аварий, происходящих в том числе, на объектах нефтегазового комплекса. Так сегодня существуют различные методы проведения анализа риска, при выборе которых необходимо брать во внимание на каком этапе функционирования находится рассматриваемый объект, учитывать цели анализа, тип производственного объекта, характер опасности и т. п. Владение необходимой информацией является важным условием проведения оценки риска. Однако, на практике, вследствие недостатка статистических данных, рекомендуется использовать экспертные оценки и методы ранжирования риска, базирующиеся на упрощенных методах количественного анализа риска.
При выборе и применении методов анализа рекомендуется придерживаться следующих требований [1]:
— метод должен быть научно обоснован и соответствовать рассматриваемым опасностям-
Юрьева Елена Александровна, аспирант кафедры промышленной безопасности РГСУ.
Предполагаемая тема кандидатской диссертации: «Повышение безопасности эксплуатации хранилищ улавливанием паров углеводородов в дыхательной системе на основе их конденсации».
Основные публикации: «К анализу профессиональных рисков. Актуальные проблемы экологической безопасности: поиск стратегий, методов, технологий» (в соавт., 2008.), «Экологическое воздействие линий электропередачи высокого напряжения. Проблемы обеспечения техногенной и экологической безопасности в условиях глобализации вызовов» (в соавт., 2009), «Снижение уровня шума и вибрации в машиностроительном производстве» (в соавт., 2009).
Сфера научных интересов: охрана труда, оценка и управление профессиональными рисками, анализ и управление рисками от аварий на производственных объектах.
e-mail: elena-maximova@mail. ru
— метод должен давать результаты в виде, позволяющем лучше понять формы реализации опасностей и наметить пути снижения риска-
— метод должен быть повторяемым и проверяемым.
На стадии идентификации опасностей рекомендуется использовать один или несколько из перечисленных ниже методов анализа риска[1]:
— «Что будет, если… ?" —
— проверочный лист-
— анализ опасности и работоспособности-
— анализ вида и последствий отказов-
— анализ «дерева отказов" —
— анализ «дерева событий" —
— соответствующие эквивалентные методы.
До возникновения аварий проводится количественная оценка рисков на основе мониторинга, инструментального контроля, а так же прогнозирования ее последствий. Классификация основных методов количественной оценки риска (КОР) зависит от подхода к анализу рисков: аналитический, эмпирический или их совокупность.
Использование статистических данных об авариях характерно для эмпирического подхода к КОР, так же к нему относятся экспертные оценки, экстраполяция трендов, вероятностные методы, исторические аналогии.
Аналитический подход основан на построении формальной математической модели системы, сюда относятся: структурное моделирование, сетевые методы (дерево отказа и дерево событий), имитационное моделирование.
Метод деревьев событий, предполагающий наличие сценариев возможных отказов, наиболее востребован для оценки частоты аварий на объектах.
Рассмотрим пример дерева событий для количественного анализа различных сценариев аварий на установке переработки нефти на рис. 1. [1].
Цифры рядом с наименованием события являются значением вероятности возникновения этого события. При этом вероятность возникновения инициирующего события (выброс нефти из резервуара) принята равной 1. Значение частоты возникновения отдельного события или сценария пересчитывается путем умножения частоты возникновения инициирующего события на условную вероятность развития аварии по конкретному сценарию.
Для анализа причин возникновения аварийных ситуаций так же используется дерево отказов. Рассмотрим пример автоматизированной заправки емкости на рис. 2. В структуру дерева отказа входят: одно головное событие (авария, инцидент), соединяющееся с набором нижестоящих событий (ошибок, отказов, неблагоприятных внешних воздействий), образующих причинные цепи (сценарии аварий). Для связи между событиями в «узлах» деревьев используются знаки «И» и «ИЛИ». Логический знак «И» означает, что вышестоящее событие возникает при одновременном наступлении нижестоящих событий (соответствует перемножению их вероятностей для оценки вероятности вышестоящего события). Знак «ИЛИ» означает, что вышестоящее событие может произойти вследствие возникновения одного из указанных на рис. 2 событий [1].
В нижней части дерева в прямоугольниках с цифрами показаны постулируемые исходные события-предпосылки, наименования, и нумерация которых соответствует следующим событиям и их вероятностям соответственно:
1. Система автоматической выдачи дозы (САВД) оказалась отключенной (ошибка контроля исходного положения) — 0,0005
2. Обрыв цепей передачи сигнала от датчиков объема дозы — 0,1
3. Ослабление сигнала выдачи дозы помехами (нерасчетное внешнее воздействие) — 0,0001
4. Отказ усилителя-преобразователя сигнала выдачи дозы — 0,0002
5. Отказ расходомера — 0,0003
6. Отказ датчика уровня — 0,0002
7. Оператор не заметил световой индикации о неисправности САВД (ошибка оператора) — 0,005
8. Оператор не услышал звуковой сигнализации об отказе САВД (ошибка оператора) — 0,001
9. Оператор не знал о необходимости отключения насоса по истечении заданного времени — 0,001
10. Оператор не заметил индикации хронометра об истечении установленного времени заправки — 0,004
11. Отказ хронометра — 0,1
12. Отказ автоматического выключателя электропривода насоса — 0,1
13. Обрыв цепей управления приводом насоса — 0,1
ПРЕКРАЩЕНИЕ ГОРЕНИЯ ИЛИ ЛИКВИДАЦИЯ АВАРИИ
ВЫБР
ОС
НЕФТ
И
1,0
ФАКЕЛЬНОЕ ГОРЕНИЕ СТРУИ 0,02
0,04 РАЗРУШЕНИЕ СОСЕДНЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
С МГНОВЕННЫМ ВОСПЛАМЕНЕНИ ЕМ 0,02
0,05 ЭФФЕКТА «ДОМИНО» НЕТ
«ОГНЕННЫЙ ШАР» 0,001
0,01 РАЗРУШЕНИЕ СОСЕДНЕГО оборудован™
0,009
ЛИКВИДАЦИЯ АВАРИИ
НЕТ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ 0,35
0,45 ОТСУТСТВИЕ ИСТОЧНИКА
БЕЗ МГНОВЕННОГО ВОСПЛАМЕНЕНИ Я 0,10
0,95 ПОЖАР ПРОЛИВА
ВОСПЛАМЕНЕНИЕ НЕФТИ 0,10
0,50 ГОРЕНИЕ ИЛИ ВЗРЫВ ОБЛАКА
0,40
Рис. 1. «Дерево событий» аварий на установке первичной переработки нефти
Анализ дерева отказа позволяет выделить ветви прохождения сигнала к головному событию, а так же указать связанные с ними минимальные пропускные сочетания (набор исходных событий, обязательное и одновременное возникновение которых достаточно для появления головного события) и минимальные отсечные сочетания (исходные события, которые в совокупности гарантируют отсутствие головного события — аварии).
Минимальными пропускными сочетаниями на данном примере являются {12}, {13}, {1−7}, {1−8}, {1−9}, {1*10}, {1−11}, {2*7}, {2*8}, {2*9}, {2*10}, {2*11}, {3*7}, {3*8}, {3*9}, {3*10}, {3*11}, {4*7}, {4*8}, {4*9}, {4*10} {4*11}, {5*6*7}, {5*6*8}, {5*6*9}, {5*6*10}, {5*6*11} - используются в основном для выявления «слабых мест».
Минимальные отсечные сочетания: {1*2*3*4*5*12*13}, {1*2*3*4*6*12*13}, {7*8*9*10*11*12*13} - используются в основном для определения наиболее эффективных мер предупреждения аварии.
Рис. 2. «Дерево отказа» заправочной операции
Структурное моделирование, как подход к КОР, представляет собой развитие многих методов многомерного анализа: множественная линейная регрессия, дисперсионный анализ и факторный анализ получили в этой части развитие и объединение.
Цель имитационного моделирования состоит в воспроизведение исследуемой системы на основе результатов анализа наиболее существенных взаимосвязей между ее элементами.
Положительным моментом является возможность управления временем: замедления в случае с быст-ропротекающими процессами и ускорение для моделирования систем с медленной изменчивостью.
Наиболее эффективным видом имитационного моделирования в ряде с агентным и дискретно-событийным, является системная динамика — парадигма моделирования (основан Джеем Форестером 1950 гг.). Этот вид в большей степени помогает понять суть происходящего выявления причинно-следственных связей между объектами и явлениями. Для исследуемой системы строятся графические диаграммы причинноследственных связей и глобальных влияний параметров друг на друга во времени, после чего созданная модель имитируется (воспроизводится) на компьютере.
Основу экстраполяционных методов прогнозирования аварий на объектах нефтепромышленности составляет изучение временных рядов, представляющих собой упорядоченные во времени наборы измерений тех или иных характеристик исследуемого объекта.
Количественными показателями риска аварий на магистральных нефтепроводах являются интегральные (по всей длине трассы нефтепровода) и удельные (на единицу длины нефтепровода) значения:
— частоты утечки нефти в год-
— ожидаемых среднегодовых площадей разливов и потерь нефти от аварий-
— ожидаемого ущерба (как суммы ежегодных компенсационных выплат за загрязнение окружающей среды и стоимости потерянной нефти).
При выполнении расчетов процесса аварийного опорожнения трубопровода учитываются условия истечения до закрытия задвижек, когда движущий напор остается постоянным, и истечение после закрытия задвижек, когда движущий напор в трубопроводе является переменным во времени, по мере истечения нефтепродукта до прекращения утечки [2].
Количество нефти, вытекающее при аварии на 1-ом участке трассы, является случайной функцией, зависящей от следующих случайных параметров [2]:
— размера и места расположения аварийного отверстия-
— интервала времени с момента возникновения аварии до перекрытия задвижки на сборной емкости-
— продолжительности истечения нефти с момента остановки перекачки до момента прибытия аварийно-восстановительной бригады и эффективности мер по локализации аварии.
В соответствии с Постановлениями Правительства Р Ф № 613 «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» и № 240 «О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории РФ» планы разрабатываются с учетом максимально возможного объема разлива нефти, который определяется для следующих объектов[2]:
• трубопровод при порыве — 25% максимального объема прокачки в течение 6 часов и объем нефтепродуктов между запорными задвижками на порванном участке трубопровода-
• трубопровод при проколе — 2% максимального объема прокачки в течение 14 дней.
• стационарные объекты хранения нефти — 100% объема максимальной емкости одного объекта хранения.
Однако, следует отметить, что при разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти на определенном, рассматриваемом объекте, необходимо предварительно рассчитать массы аварийных выливов, пользуясь данными (полученными с помощью замеров) такими как профиль трассы, специфика транспорта нефти на сборный пункт с мест отбора жидкости из скважин, контрольного проезда вдоль трассы нефтепровода 2 раза в сутки, хорошей просматриваемости места залегания трубопровода и т. п.), и оценить последствия воздействия выявленных вредных и опасных факторов на людей и окружающую природную среду. При этом, для достоверности полученных результатов, лучше учитывать специфику сценариев развития аварий.
При оценке массы возможных аварийных разливов на трубопроводе перекачки нефти можно исходить из специфики и профиля реальной трассы, а так же из принятых допущений, например, времени перекрытия задвижки на сборной емкости объекта, определяя несколько позиций в проекции на различные сценарии прохождения аварий. Необходимо принять время самотечного режима при выливе нефти через аварийное отверстие, которое определяется временем на принятие адекватного решения в чрезвычайной ситуации, временем обнаружения места разлива нефти, временем прибытия к месту аварии ремонтновосстановительной бригады. Рассматриваются порывы трубопровода в результате внешних воздействий природного или техногенного характера с условным диаметром аварийного отверстия равным внутреннему диаметру рассматриваемого трубопровода.
Используя описанную выше методику расчета аварийного вылива однофазной жидкости из разгерметизировавшегося трубопровода и принятые допущения, получают матрицы распределения масс аварийных разливов нефти для рассматриваемых участков трассы.
Относительно возникновения аварийных разрывов на магистральных газопроводах, газопроводах-отводах и технологических газопроводах компрессорных станций, можно сказать, что оно связано с внутренними и внешними физическими эффектами. Внутренними являются нестационарные газодинамические процессы в самих трубопроводах, определяющие динамику выброса природного газа в атмосферу. К внешним относятся определяющие воздействие процесса разрушения участка трубопровода высокого давления на окружающую среду, которые сопровождаются, во-первых, образованием волн сжатия за счет расширения в атмосфере природного газа, выброшенного под давлением из разрушенного участка трубопровода, а во-вторых, термическим воздействием пожара на окружающую среду.
Анализ риска эксплуатации трубопровода с истечением широких фракций легких углеводородов (ШЛФУ) включает следующие этапы[3]:
— Прогноз ожидаемой частоты и причинно-следственных механизмов возникновения утечек различного масштаба по конкретным регионам прохождения трассы трубопровода.
— Расчет гидродинамических процессов при двухфазном истечении ШЛФУ из трубопровода для различных вариантов нарушения его геометричности (коррозионные дефекты, трещины, разрыв на полное сечение).
— Исследование влияния динамики аварийного истечения жидкости, времени обнаружения утечки и прекращения перекачки, метеорологических характеристик и региональной инфраструктуры на масштабы распространения в приземном слое атмосферы облака паров ШЛФУ и вероятность его взрывного сгорания.
— Прогноз вероятности попадания в зону поражения различных реципиентов и обоснование возможного числа пострадавших среди населения при авариях на продуктопроводе. Оптимизация организационно-технических решений по снижению показателей риска.
Количественный анализ риска возможных разливов нефти и их последствий позволяет выявить наиболее опасные аварии на нефтепроводах и в резервуарном парке и разработать на этой основе мероприятия направленные на их предупреждение и поддержание в состоянии постоянной готовности соответствующих сил и средств.
Практическое использование методологий анализа риска при оценке экологической безопасности, анализа риска аварий на линейной части магистральных трубопроводов показывает, что риск аварий достигается на участках, имеющих лупинги, подводные переходы, пересечения с другими трубопроводами, авто-и железными дорогами, линиями электропередач, а так же на участках с наличием запорной арматуры, участках, проходящих вблизи населенных пунктов (врезки с целью хищения нефтепродуктов и ущерб населению) и объектов повышенной хозяйственной деятельности. [3]
Результаты анализа риска аварий в резервуарных парках показывают, что зоны действия факторов, связанных с поражением людей (в том числе при взрыве-вспышке смеси паров нефти с воздухом), практически не выходят за пределы установленных санитарно-защитных зон, а значения частоты гибели человека вне территории станции не превышает 10 1/год, что рассматривается как приемлемый риск- здесь основные людские потери возможны лишь среди обслуживающего персонала. При авариях на линейной части существует опасность поражения людей и в ближайших населенных пунктах и на пересечениях с транспортными магистралями.
Основным преимуществом количественного анализа риска является возможность оценивать и сравнивать различные опасности по единым показателям- наиболее эффективным данный метод анализа становится на стадии проектирования опасного производственного объекта, при обосновании и оптимизации мер безопасности, при оценке опасности крупных аварий на опасных производственных объектах, имеющих однотипные технические устройства (например, магистральные трубопроводы), и самое главное, при комплексной оценке опасностей аварий при оценке социально-экономических и экологических последствий.
Список литературы
1. РД 03−418−01 «Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов» (Утв. Постановлением Госготехнадзора России № 30 от 01. 09. 01)
2. Козлитин А. М., Попов А. И., Козлитин П. А. Количественный анализ риска возможных разливов нефти и нефтепродуктов. Управление промышленной и экологической безопасностью производственных объектов на основе риска. Международный научный сборник. 2005. С. 135
3. Гражданкин А. И., Дегтярев Д. В., Лисанов М. В., Печеркин А. С., Сафонов В. С., Сидоров В. И., Сумской С. И., Швыряев А. А. Современные подходы обеспечения безопасности и предупреждения аварийности и производственного травматизма на опасных производственных объектах трубопроводного транспорта на основе процедуры анализа риска. ФГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», ВНИИГАЗ, 2000−2004

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой