XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Актуальность. Количественный анализ риска возникновения вероятных разливов нефти и выброса газа, а затем и последствий, которые могут последовать за этим, помогает выявить наиболее опасные аварии на нефтепроводах и после этого разработать на этой основе мероприятия, направленные на их предупреждение и возможную ликвидацию.

Сейчас деятельность нефтегазовых компаний играет ведущую роль в развитии экономики нашего государства, а их надёжная, стабильная и безаварийная в большей степени определяет энергетическую безопасность и обеспечивает устойчивое социально-экономическое развитие страны. Но, несмотря на это, уровень аварийности в отрасли остаётся высоким. Предприятия нефтегазового комплекса Российской Федерации являются опасными производственными объектами из-за значительного числа аварий на них с тяжёлыми для страны социально-экономическими и экологическими последствиями. Именно поэтому объекты нефтегазовой отрасли подвержены постоянной модернизации оборудования: наблюдается увеличение мощностей аппаратов и установок с наличием в них большого объёма взрыво-, пожаро-, и токсикоопасных веществ, а это значит, что неизбежен рост аварий на нефте- и газопроводах. Для ликвидации, и главное, для предупреждения таких чрезвычайных происшествий необходимо оценивать риск разливов нефти и выброса газа и их последствий.

Цель работы: рассмотреть количественный метод анализа риска возможных разливов нефти и их последствий, чтобы выявить наиболее опасные аварии, происходящие на нефтегазовом и нефтегазоперерабатывающем комплексах, для их ликвидации и предотвращения.

Когда в 60-е годы зарождались первые разработки в оценке техногенного риска, был предложен принцип анализа с помощью "дерева отказов". Также, уже в 70-е года использовались методы анализа причин и последствий. Сейчас же учёные работают над развитием теории и методов оценки рисков и разработкой мероприятий по уменьшению последствий техногенных аварий, в том числе происходящих на предприятиях нефтегазодобывающих и нефтегазоперерабатывающих комплексов. Например, сегодня существуют различные методы проведения анализа рисков, при выборы которых необходимо учитывать, на какой стадии функционирования находится рассматриваемый объект, брать во внимание цели анализа, тип производственного объекта, характер опасности и т.д. Такая информация – важное условие проведения оценки риска возникновения аварий. Однако на практике, вследствие нехватки статистических данных, рекомендуется использовать экспертные данные и оценки, а также, методы ранжирования риска, базирующиеся на упрощённых методах количественного анализа возникновения опасности.

До того, как возникла какая-либо авария, проводится количественная оценка рисков на основе мониторинга, инструментального контроля, а также прогнозирования грядущих последствий. Классификация основных методов количественной оценки риска (КОР) в основном зависит от подхода к анализу возникновения опасностей (существует аналитический, эмпирический подходы или их совокупность).

Для эмпирического подхода к КОР характерно использование статистических данных об авариях, а также к нему относятся оценки экспертов, методы по нахождению вероятности тех или иных событий, исторические аналоги.

При аналитическом подходе происходит построение формальной математической модели системы, к которой относятся структурные моделирования, сетевые методы (например, такие, как "дерево отказа" или "дерево событий"), модели имитаций.

Метод "деревьев" предполагаемых событий, основанный на теории вероятности тех или иных событий и рассматривающий наличие сценариев возможных отказов, наиболее востребован для оценки частоты аварий на объектах.

Для наглядности рассмотрим пример "дерева событий" для количественного анализа различных сценариев аварий на установке переработки нефти (рис. 1) [1].

Рис. 1. "Дерево событий" аварий на установке первоначальной переработки нефти

Цифры, стоящие рядом с наименованием события, показывают вероятность возникновения того или иного события. Нужно отметить, что вероятность возникновения инициирующего события (например, выброс нефти из резервуара) принято считать равной единице. Значение частоты возникновения какого-либо отдельно взятого события или сценария можно найти, если перемножить частоту возникновения инициирующего события на условную вероятность развития аварии по какому-либо определённому сценарию.

Также, для анализа причин возникновения аварийных ситуаций используется ещё и "дерево отказов". Рассмотрим пример автоматизированной заправки (рис.2.)

"Дерево отказов" состоит из одного головного события (например, авария или инцидент), соединяющееся с рядом нижестоящих событий (ошибок, отказов или неблагоприятных внешних воздействий), которые образуют так называемые причинные цепи (они же сценарии аварий). Для связи между событиями на "ветвях" деревьев используют такие знаки, как "И" и "ИЛИ". Логический знак "И" указывает на то, что вышестоящее событие возникает при одновременном наступлении нескольких нижестоящих событий (перемножение их вероятностей для оценки вероятности вышестоящего события). Логический знак "ИЛИ" означает, что вышестоящее событие может случиться вследствие возникновения одного из показанных на рис. 2 событий [1].

-------------------------------¬
¦ Пролив горючего (переполнения¦
¦ емкости) по причине излишне ¦
¦продолжительной работы насосов¦
¦ из-за их неотключения вовремя¦
L---------------T---------------
--+-¬
¦или¦
L-T--
-----------+---------¬
-------+-----¬ -------+-----¬
¦ Команда на ¦ ¦ Команда на ¦
¦ отключение ¦ ¦ отключение ¦
¦не поступила¦ ¦ не ¦
¦ ¦ ¦осуществлена¦
L------T------ L------T------
¦ L----------------¬
--+-¬ ¦
¦ и ¦ ¦
L-T-- ¦
--------------+-------------¬ ¦
--------+---------¬ --------+---------¬ ¦
¦ САВД не выдала ¦ ¦Оператор не выдал¦ ¦
¦ команды ¦ ¦ команды ¦ ¦
L----T------------- L--------T--------- ¦
¦ --+-¬ ¦
¦ ¦или¦ ¦
¦ L-T-- ¦
¦ ---------+--------¬ ¦
¦ ¦ -------------+----------¬ ¦
¦ ¦ ¦ Оператор не пытался ¦ ¦
¦ ¦ ¦ отключить насосы ¦ ¦
--+-¬ ¦ L---------T-------------- ¦
¦или¦ ¦ ¦ ¦
L-T-- ¦ --+-¬ ¦
--------+----------¬ ¦ ¦или¦ ¦
¦ ¦ ¦ ¦ L-T-- ¦
¦ --+--¬ ¦ ¦ -------+----¬ ¦
¦-----+---¬¦ -----+---¬ ------+-----¬ ¦ ----------+----¬ ¦
¦¦ Отказ ¦¦ ¦ Отказ ¦ ¦Оператор не¦ ¦ ¦ Оператор не ¦ ¦
¦¦ средст⦦ ¦ средств¦ ¦среагировал¦ ¦ ¦смог отключить¦ ¦
¦¦передач覦 ¦ выдачи ¦ ¦ на отказ ¦ ¦ ¦насосы вовремя¦ ¦
¦¦сигнало⦦ ¦сигналов¦ ¦ САВД ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦L----T----¦ L----T---- L-----T------ ¦ L------T-------- ¦
¦ --+-¬ L---¬ -+--¬ ¦ ----¬ ¦ ¦ ----¬ ¦ ----¬
¦ ¦или¦ ¦ ¦ и ¦ L-+или+-- ---+---+или+------+-+или¦
¦ L-T-- ¦ L-T-- L-T-- ¦ L-T-- L-T--
¦ ---+-¬ ¦ --+--¬ ---+-¬ ¦ ----+-¬ --+--¬
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
--+¬ +--¬ +--¬ --+¬ +--¬ +--¬ +--¬ +--¬ --+¬ +--¬ +--¬ -+-¬ -+-¬
¦ 1¦ ¦ 2¦ ¦ 3¦ ¦ 4¦ ¦ 5¦ ¦ 6¦ ¦ 7¦ ¦ 8¦ ¦ 9¦ ¦10¦ ¦11¦ ¦12¦ ¦13¦
L--- L--- L--- L--- L--- L--- L--- L--- L--- L--- L--- L--- L---

Рис. 2. "Дерево отказа" автоматизированной заправки.

В нижней части дерева в прямоугольных фигурах с цифрами представлены постулируемые исходные события-предпосылки, у которых наименования и нумерация соответствует следующим событиям и соответственно их вероятностям.

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 чаще всего для определения наиболее эффективных мер предупреждения аварии.

Ещё один способ – структурное моделирование как один из подходов к КОР подразумевает под собой развитие многих методов планомерного и многомерного анализа: многократная линейная регрессия, дисперсионный и факторный анализы получили в этой части широкое развитие, применение и объединение.

Цель имитационного моделирования состоит в воспроизведении исследуемой системы на основе результатов анализа наиболее существенных взаимосвязей между ее элементами.

Положительным моментом является возможность «управления» временем: замедление в случае с быстропротекающими 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 (она была основана Дж. Форестером в 1950 г.). Этот вид в значительной степени помогает понять суть происходящего выявления причинно-следственных связей между объектами и явлениями. Для исследуемой системы строятся графические диаграммы причинно-следственных связей и глобальных влияний параметров друг на друга во времени, после чего созданная модель 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 истечения после закрытия задвижек, когда движущий напор в трубопроводе является переменным во времени, по мере истечения нефтепродукта до прекращения утечки [2].

Количество нефти, вытекающей при аварии на n-ном 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.

Необходимо отметить тот факт, что при разработке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти на определенном рассматриваемом объекте нужно заранее рассчитать массы аварийных выливов, пользуясь такими данными (полученными при помощи замеров), как профиль трассы, специфика транспорта нефти на сборный пункт с мест отбора жидкости из скважин, контрольный проезд вдоль трассы нефтепровода 2 раза в сутки, хорошая просматриваемость места залегания трубопровода и т.д., и при этом оценить последствия воздействия выявленных вредных и небезопасных 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 также из принятых допущений, например, времени перекрытия задвижки на сборной ёмкости 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 ремонтно-восстановительной бригады. Рассматриваются прорывы трубопровода в результате внешних воздействий природного или техногенного характера с условным диаметром аварийного отверстия, равным внутреннему диаметру рассматриваемого трубопровода.

С помощью описанной выше методики расчёта аварийного вылива однофазной жидкости из разгерметизировавшегося трубопровода и принятых допущений 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 отметить, что они связаны с внутренними и внешними физическими факторами. Внутренними являются нестационарные газодинамические процессы в самих трубопроводах, которые определяют динамику выброса природного газа в атмосферу. К внешним относятся определяющее воздействие процесса разрушения участка трубопровода высокого давления на окружающую среду, сопровождающееся в первую очереб образованием волн сжатия за счет расширения в атмосфере природного газа, выброшенного под давлением из разрушенного участка трубопровода, а также, термическим воздействием пожара на окружающую природную среду.

Анализ риска эксплуатации трубопровода с истечением широких фракций легких углеводородов (ШФЛУ) включает в себя следующие этапы [3]:

прогноз ожидаемой частоты и причинно-следственных механизмов возникновения утечек различного масштаба по конкретным регионам прохождения трассы трубопровода;

расчет гидродинамических процессов при 2-хфазном истечении ШФЛУ из трубопровода для различных вариантов нарушения его геометричности (коррозийные 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 ШФЛУ 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.

Практическое использование методологий анализа риска при оценке экологической безопасности, анализе 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 также 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].

Вывод. В ходе работы мы достигли поставленной цели, т.к. рассмотрели количественный метод анализа риска возможных разливов нефти и их последствий для того, чтобы можно было выявить наиболее опасные аварии, происходящие на нефтегазовом и нефтегазоперерабатывающем комплексах, чтобы их можно было ликвидировать и предотвратить. Выявили, что 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, что немаловажно, при комплексной оценке опасности аварий, при оценке социально-экономических и экологических последствий.

Список использованной литературы:

РД 03-418-01 "Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов" (утв. Постановлением Госгортехнадзора России от 10.07.2001 N 30).

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.

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". М.: ВНИИГАЗ, 2000 - 2004.

Код для цитирования: Скопировать