III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Магистральные, технологические и промысловые газонефтепроводы представляют собой сложные инженерные конструкции, проложенные во всех регионах России и эксплуатируемые в разнообразнейших природно-климатических условиях - от Крайнего Севера, Западной Сибири до средней полосы и пустынных южных районов. Подземная, наземная и надземная прокладки трубопроводов, подводные переходы и особенности технологии строительства создают широкий спектр параметров прочности и долговечности различных участков трубопроводов. Это учитывается на стадиях конструкторского проектирования и эксплуатации систем трубопроводов. Анализ надежности и безопасности участков обеспечивает нахождение конструктивных оптимальных решений, рациональный выбор трассы, объемов и сроков диагностики их технического состояния в процессе строительства и эксплуатации, капитального ремонта и реконструкции. Позволяет подготовить рекомендации для персонала по их действиям в потенциальных нештатных ситуациях. Такой анализ способствует уменьшению потерь транспортируемого продукта, снижению технического обслуживания, индивидуального риска для персонала и населения, уменьшению вредных выбросов в окружающую природную среду [2].

В России анализ надежности трубопроводных систем выполняется с восьмидесятых годов прошлого века, а анализ безопасности - с девяностых годов.

Потенциальная опасность для населения, персонала, промышленных и гражданских сооружений, флоры и фауны, находящихся в зоне трубопровода, определяется  разрушениями конструктивных элементов трубопровода и утечками транспортируемого продукта. В результате этого происходят следующие процессы:

выбросы продукта, его мгновенное или постепенное испарение;

дисперсия газа с нейтральной или положительной плавучестью;

дисперсия тяжелого газа;

пожары (пожары луж, струевое и шаровое пламя, вспышечные пожары);

взрывы (парового облака в свободном пространстве, ограниченные, физические, пылевые, конденсированные фазы);

детонации;

разлет осколков;

воздушные и сейсмические волны.

На территории Российской Федерации расположена разветвленная система магистральных и технологических трубопроводов протяженностью около 210000 км, включающая:

систему магистральных газопроводов (МГ), конденсатопроводов и продуктопроводов (свыше 140000 км) и технологических трубопроводов компрессорных и напорно-перегонных станций (КС и НПС) протяженностью свыше 5000 км РАО «Газпром»;

систему магистральных нефтепроводов и технологических нефтепроводов НПС ОАО «АК «Транснефть» (свыше 50000 км);

систему нефтепродуктопроводов ОАО «АК «Транснефтепродукт» (свыше 13000 км);

аммиакопровод Толльятти - Одесса (свыше 1000 км).

Суммарная протяженность промысловых трубопроводов составляет 350000 км.

Процедура анализа риска аварийных ситуаций, являющаяся ключевым элементом управления экологической и промышленной безопасностью, представляет собой основу для принятия решений по предупреждению аварий и ликвидацию их последствий на опасных производственных объектах, в том числе на объектах нефтетранспортной системы.

В качестве отправной точки для определения оценки степени риска аварий на магистральных трубопроводном транспорте выступает анализ причин аварийных ситуаций и отказов. С этой целью были обработаны и проанализированы статистические данные по аварийности на объектах нефтетранспортной системы Российской Федерации. Исходя из представленных данных, была составлена динамика уровня учетных событий за 2001...2008 годы на магистральном трубопроводном транспорте России.

Однако протяженность трубопроводов в течение 10 лет менялась, поэтому изменение числа аварий по годам не отражает реальной степени аварийности. Для оценки степени аварийности воспользуемся удельным значением интенсивности возникновения аварий (т.е. отношением числа аварий к протяженности магистральных нефтепроводов, выраженным в числе аварий на 1000 км нефтепровода (см. таблицу 2). В качестве исходных статистических данных были взяты данные только по авариям на магистральных нефтепроводах, принадлежащих ОАО «АК «Транснефть» [1]. 

Из анализа статистических данных по авариям становится ясно, что к наиболее значимым причинам аварийных отказов на линейной части магистральных нефтепроводов, которые могут привести к разгерметизации трубопроводов с выбросом большого количества нефти, относятся:

некачественное выполнение монтажных стыков, механические повреждения трубы (вмятины, царапины, задиры), нанесенные при строительстве:

сквозные пробоины трубопровода, повреждения запорной арматуры, вантузов, манометрических приборов, а также повреждения в процессе капитального ремонта нефтепровода;

дефекты в металле труб, некачественная заводская сварка трубных швов, дефекты запорной арматуры и соединительных деталей трубопровода;

внутренняя коррозия в виде язв, свищей вследствие перекачки обводненных нефтей и нефтей с агрессивными компонентами, сплошная равномерная и неравномерная внешняя коррозия, возникающая вследствие естественного старения изоляционного покрытия или некачественного нанесения изоляции при строительстве;

прочие причины, включая ошибки при эксплуатации [1].

Кроме разгерметизации трубопроводов по выше приведенным причинам возможны прорывы трубопроводов вследствие нарушений технологии перекачки из-за ошибок оперативного и ремонтного персонала, остановок перекачки при резком исчезновении напряжения в сети электроснабжения.

В последнее время на магистральных нефтепроводах увеличилось число аварий, возникающих в результате внешнего механического воздействия на линейную часть нефтепровода, включающего силовое воздействие механическими средствами, несанкционированное и преднамеренное действие с целью хищения нефти.

Анализ результатов расследования аварийных ситуаций, произошедших за последние годы на магистральных нефтепроводах, позволил выявить основные причины их появления.

Для того, чтобы определить ожидаемую частоту аварийности на магистральных нефтепроводах, необходимо учитывать определенные факторы, такие как технические, природные, антропогенные и др., характерные для данного участка трассы [4].

Таким образом, на основе статистических данных аварийности магистральных нефтепроводов выделено 8 групп факторов, влияющих на возникновение аварийных ситуаций. Для каждой группы факторов определены весовые коэффициенты (или %), характеризующие вклад данной группы в общую статистику отказов. 

В каждой группе имеется различное число факторов влияния. К наиболее значимым факторам относятся глубина заложения подземного магистрального нефтепроводов, уровень антропогенной активности, степень защищенности наземного оборудования, технология изготовления и марка стали труб, категория участка по сложности производства работ, природные факторы и т.д.

Для того, чтобы рассчитать ожидаемую частоту аварий на конкретном трубопроводе, необходимо на каждом n-м участке трассы определить  значение интегрального коэффициента влияния (К_вл), показывающего во сколько раз локальная интенсивность аварий на участке (λ_л) отличается от среднестатистической частоты λ для данной трассы.

В качестве среднестатистической частоты принимается среднее значение числа аварий за последние десять лет, приведенное к одному километру трассы. Согласно таблице 2 значение λ составило  0,06 х 10^-3 1/(км*год).

Риск аварийных ситуаций определяется как сочетание частоты аварий  и их последствий. Вероятность аварийных ситуаций оценивается исходя из анализа статистических данных об аварийности магистральных нефтепроводов. Для анализа возможных последствий  развития аварий воспользуемся для большей наглядности «деревом событий», построенным на основе приведенных статистических данных [1].

«Дерево событий» позволяет определить все возможные сценарии развития аварийных ситуаций на линейной части нефтепровода, а также долю каждого сценария в одном виде аварий. Вероятность каждого сценария развития аварийной ситуации рассчитывается путем умножения вероятности основного события на вероятность конечного события. В данной статье будут рассмотрены два «дерева событий» - основное «дерево», определяющее три сценария развития уже случившейся аварии и «дерево событий», предложенное авторами данной статьи,  определяющее все сценарии появления и развития аварий на основе диаграммы причин аварийных ситуаций (рисунки 3 и 4)

Чаще всего вышеприведенные причины приводят к разгерметизации нефтепроводов и образованию аварийных утечек нефти. Наиболее вероятный сценарий развития аварийных ситуаций связан с утечкой нефти и последующим распространением по территории (без возгорания). Согласно «дереву событий» число аварий, связанных с разгерметизацией нефтепровода по третьему сценарию, составляет 95%.

Развитие аварийной ситуации по данному сценарию представляет опасность не только для окружающей среды в виде загрязнения земель, водных объектов и атмосферы, но и для населения, поскольку пары нефти и прочие выбросы обладают токсичностью и могут привести к тяжелым заболеваниям и возможно к летальным последствиям.

В качестве  сценария аварийных ситуаций с максимальными последствиями рассматриваются сценарии с разливом нефти по территории с последующим возгоранием. При развитии аварийной ситуации по данному сценарию угроза жизни населению возрастает в силу достаточно высокой токсичности продуктов горения нефти, поступивших в атмосферу, а также термического воздействия огня.  

Рассмотренный алгоритм определения ожидаемой частоты возникновения аварийных ситуаций необходим для оценки их последствий (экологического, технологического и индивидуального риска), объемов разливов нефти, определения размеров компенсационных выплат за загрязнение нефтью окружающей природной среды, а также для выбора наиболее выгодной технологии ликвидации последствии той или иной аварийной ситуации на магистральном нефтепроводе.

Литература

1. М.А. Стадникова, Е.В. Глебова, А.В. Мурадов, Л.Э. Шейнкман, статья «Анализ аварийных ситуаций и их последствий на магистральных нефтепроводах», Экология и промышленность России, август, 2009 год;

2. Л.И. Кугрышева, С.А. Стахов, статья «Факторы обеспечения надежности и безопасности трубопроводов», сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Естественнонаучная», 2008., №4;

3. Отчет о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. Федеральная служба по экологическому, технологискому и атомному надзору, М., 2008;

4. Анализ аварий и несчастных случаев на трубопроводном транспорте / Под ред. Б.Е. Прусенко, В.Ф. Мартынюк. М.: ООО «Анализ опасностей», 2003.

Код для цитирования: Скопировать