Обеспечение безопасности эксплуатации нефтегазового оборудования и трубопроводов на основе показателей риска

УДК 622.692.4

На правах рукописи

Сачков Константин Викторович

обеспечение безопасности

Эксплуатации нефтегазового оборудования И ТРУБОПРОВОДОВ

на основе показателей риска

Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовый комплекс)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2011

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)

Научный руководитель	доктор технических наук, профессор Абдуллин Рафиль Сайфуллович
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Нугаев Раис Янфурович доктор технических наук, профессор Ризванов Риф Гарифович
Ведущая организация	ООО «Центр исследований экстремальных ситуаций» (ООО «ЦИЭКС»)

Защита диссертации состоится 28 сентября 2011 г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа,
пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 21 марта 2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Л.П. Худякова

общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Проблема обеспечения безопасной эксплуатации нефтегазового оборудования и трубопроводов на опасных объектах (ОО) нефтегазодобы-вающих предприятий в настоящее время остается чрезвычайно острой и актуальной. При этом одним из важных направлений решения указанной проблемы является установление технического состояния нефтегазового оборудования и трубопроводов на основе применения современных методов неразрушающего контроля и оценки остаточного ресурса с регламентацией срока их безопасной эксплуатации.

В связи с этим разработка научно-методических основ оценки остаточного ресурса нефтегазового оборудования и трубопроводов, а также оценки риска их эксплуатации, гарантирующих безопасность, является чрезвычайно актуальной.

Современные объекты инфраструктуры и техносферы нефтегазодобывающей промышленности включают в себя опасные производ-ства, опасное нефтегазовое оборудование, трубопроводы, разветвленные системы коммуникаций. В связи с этим исследования поддержания и повышения уровня технического регулирования производственной сферы по критериям безопасности, надежности, эффективности и ресурса, призванные обеспечить приемлемый уровень защищенности объектов инфраструктуры и населения, становятся все более важной задачей науки, органов государственного управления и надзора, специалистов научных организаций и промышленных предприятий нефтегазовой отрасли.

Для достижения требуемого уровня безопасности и сокращения или устранения последствий аварий на предприятиях нефтегазодобычи необходим комплекс мероприятий, направленных на повышение надежности работы нефтегазового оборудования и трубопроводов, оснащение нефтегазовых производств системами противоаварийной защиты, совершенствование системы управления процессами и т.д.

Однако создание системы управления безопасностью ОО нефтегазо-добычи не представляется возможным без поддержки принятия решений на основе достоверной информации об уровне техногенного риска.

В настоящее время остается открытым вопрос о формировании универсальной модели, с помощью которой оказалось бы возможным комплексно оценивать и сравнивать риски для различных нефтегазодобывающих объектов с учетом совокупности воздействующих на обстановку объектов и связанных с ними опасных факторов. Кроме того, оценивание уровня техногенного риска осуществляется в условиях неопределенности, которая носит в том числе характер неизвестности, неполноты и недостоверности исходных данных.

В связи с этим особую актуальность приобретает разработка метода оценки опасности нефтегазового оборудования и трубопроводов на основе комплексного подхода и поддержки принимаемых управленческих решений.

Цель работы – обеспечение безопасной эксплуатации нефтегазового оборудования и трубопроводов на основе их ранжирования по показателям риска.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

- выявление и анализ неопределенностей, возникающих при статистической оценке риска;

- обоснование использования показателей риска нефтегазового оборудования и трубопроводов для оценки опасности на объектах нефтегазодобывающей отрасли;

- исследование и разработка методов оценки текущего состояния объекта в существующих условиях эксплуатации;

- разработка методологии комплексного подхода к обеспечению безопасности объектов нефтегазодобывающих предприятий;

- разработка рекомендаций по обеспечению безопасности объектов нефтегазодобывающих предприятий.

Научная новизна

1. Предложен метод выявления наиболее опасных позиций нефтегазового оборудования и трубопроводов с учетом возможности возникновения и воздействия поражающих факторов взрыво-, пожаро- и токсической опасности при реализации различных сценариев аварий, а также их взаиморасположения.

2. Разработан метод оценки степени опасности эксплуатации нефтегазового оборудования и трубопроводов с целью оптимизации комплекса мероприятий, направленных на обеспечение промышленной безопасности, в частности, при оценке текущего состояния нефтегазового оборудования и трубопроводов и проведении неразрушающего контроля.

На защиту выносятся:

• подход к оценке опасности нефтегазового оборудования и трубопроводов на основе построения полей распределения энергетического потенциала нефтегазового оборудования к «фокусу опасности» производства, который позволяет выразить опасность в числовой форме, удобной для дальнейшего анализа;
• способ оптимизации безопасного расположения нефтегазового оборудования и трубопроводов на основе ранжирования в привязке к их месторасположению в пространстве по значению отношения энергопотенциала к расстоянию от «фокуса опасности» до аппарата (Ei/Ri).

Практическая ценность результатов работы

Для повышения безопасности эксплуатации нефтегазового оборудования и трубопроводов предложены мероприятия, направленные на снижение вероятности и тяжести реализации эффекта «домино», оптимизированные на основе полученного значения риска их эксплуатации.

Достоверность результатов исследований

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием апробированных и теоретически обоснованных методов теории надежности и безопасности, анализа рисков, выявления и оценки степени значимости факторов, влияющих на промышленную безопасность. Установленные автором закономерности и аналитические зависимости адекватно отвечают экспериментальным данным других исследователей.

Апробация работы

Основные результаты исследований, представленные в работе, докладывались на:

- Международной научно-практической конференции «Промышлен-ная безопасность на взрывопожароопасных нефтегазовых объектах»
(г. Уфа, 2008 г.);

- Всероссийской научно-практической конференции «Уралэкология: природные ресурсы – 2009» (г. Уфа, 2009 г.);

- научно-практической конференции «Обеспечение промышленной безопасности на предприятиях нефтяной и газовой отрасли» (г. Уфа, 2009 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 103 наименования, и 1 приложения. Содержит 127 страниц машинописного текста, 32 рисунка, 21 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи работы, показаны научная новизна выполненных исследований и их практическая значимость.

В первой главе рассмотрены основные проблемы обеспечения безопасности эксплуатации нефтегазового оборудования и трубопроводов в нефтегазодобывающей отрасли, показана необходимость управления уровнем опасности объектов.

Основу исследований в диссертации составили теоретические и практические работы отечественных и зарубежных ученых в области оценки опасности технических систем и анализа риска, в числе которых А.Г. Гумеров, П.Г. Белов, Е.В. Глебова, Р.Я. Нугаев, А.М. Козлитин,
К.М. Гумеров, Р.С. Зайнуллин, Н.А. Махутов, Е.М. Морозов, Р.Х. Идрисов, М.Х. Султанов и др.

Рассмотрены основные причины возникновения аварийных ситуаций, приведена статистика аварий, произошедших на объектах нефтегазодобывающей промышленности. Показано, что неудовлетворительное состояние технических устройств, зданий, сооружений, несовершенство технологии и конструктивные недостатки, нарушение технологии производства работ, ошибки персонала являются основными причинами возникновения опасных ситуаций. Подчеркнуто, что основной технической проблемой, влияющей на безопасность эксплуатации ОО, является состояние основных фондов. Критический износ основных производственных фондов один из главных факторов дестабилизации производств. Нерегулярные мониторинг и прогноз технического состояния нефтегазового оборудования и трубопроводов, исчерпавших нормативный ресурс, являются одними из оснований для приостановки эксплуатации объектов нефтегазодобывающей отрасли.

Причинами аварий являются нарушения требований промышленной безопасности эксплуатирующими организациями, заключающиеся в неэффективной организации и осуществлении производственного, технического контроля, использовании неисправных нефтегазового оборудования и трубопроводов, нарушении технологий производства работ.

Отмечено, что большинство аварий и связанных с ними случаев смертельного травматизма можно предотвратить постоянным мониторингом реального состояния опасных объектов нефтегазодобычи, своевременным проведением мероприятий по их техническому обслуживанию, ремонту и реконструкции, а также пропагандой культуры производства и соблюдением безопасных режимов работы.

На основе анализа результатов расследования аварийных ситуаций выделены наиболее характерные аварийные ситуации:

1. разгерметизация нефтегазового оборудования и трубопроводов со сжатыми углеводородами с последующим образованием взрывоопасного облака;
2. взрывы аппаратов, содержащих сжатые газы;
3. разгерметизация нефтегазового оборудования и трубопроводов, сопровождающаяся выбросом жидких углеводородов с их последующим испарением и формированием газопарового облака, способного к взрыву;
4. образование взрывоопасных смесей углеводородов с воздухом и инициирование воспламенения внутренними или внешними источниками воспламенения.

Комплекс мероприятий по повышению надежности нефтегазового оборудования и трубопроводов должен охватывать стадии проектирования, изготовления (строительства) и эксплуатации нефтегазового оборудования и трубопроводов и основываться на данных о степени агрессивности среды, условиях эксплуатации, технологической схеме и др.

Показано, что для обоснованной разработки мероприятий по предотвращению отказов, а также обоснованного выбора методов повышения ресурса и надежности нефтегазового оборудования и трубопроводов необходимо проводить анализ причин их возникновения.

При выявлении причин отказа необходимо устанавливать явления, процессы, события и состояния, приводящие к их появлению, а также возможное сочетание этих факторов. Приведена классификация отказов на конструктивные, технологические и эксплуатационные.

Вторая глава посвящена решению задачи оценки и анализа риска эксплуатации нефтегазового оборудования и трубопроводов с учетом возможности реализации различных аварийных ситуаций.

В качестве объекта исследования выбрана нефтебаза (участок слива-налива), предназначенная для приема, хранения и отпуска светлых и темных нефтепродуктов.

В состав участка слива-налива входят резервуары для приема и хранения светлых и темных нефтепродуктов, а также насосная для приема светлых и темных нефтепродуктов, ж/д эстакада для приема светлых и темных нефтепродуктов, эстакада налива светлых нефтепродуктов в автоцистерны, тарный склад для приема и хранения фасованных нефтепродуктов.

Показано, что основными опасными факторами на объекте исследования являются:

- большое количество резервуаров хранения;

- межплощадочная перекачка нефтепродуктов по наземному трубопроводу длиной 1,5 км;

- использование эстакад налива, раздаточных, где происходит контакт нефтепродукта с атмосферным воздухом;

- нерегулярный отпуск нефтепродуктов различными способами (автоцистерны, танкеры, бочкотара);

- низкий уровень автоматизации: запорная арматура выполнена в ручном исполнении.

Для объекта исследования проведена оценка риска с применением вероятностного метода определения опасности нефтегазового производства.

При обосновании мероприятий по предупреждению аварий, катастроф и смягчению их последствий за риск обычно принимают показатель, включающий как вероятность наступления нежелательного события в течение года, так и связанный с ним ущерб.

Материальный риск R определяли по формуле

R = HU, (1)

где Н – частота наступления аварии, год-1;

U – потенциальный ущерб от аварии, руб.

Анализ основных причин произошедших аварий позволил выделить следующие взаимосвязанные группы причин:

- физический износ трубопроводов 10 % от общего числа причин;

- неблагоприятное влияние окружающей среды 10 %;

- некачественное проведение ремонтных работ 10 %;

- несанкционированные действия 10 %;

- ошибки производственного персонала и водителей автотранспорт-ных средств 60 %.

При анализе последствий рассматривались все возможные опасности с учетом факторов, способствующих реализации различных сценариев аварии. Процесс создания модели аварии основывается на анализе особенностей технологического процесса и включает три этапа.

На первом этапе были определены потенциальные аварийные ситуации и их возможные последствия. Материальный риск обуславливается вероятностью разгерметизации мест высокой массовой концентрации легковоспламеняющихся жидкостей (бензина, нефти) и горючих газов.

На втором этапе были обозначены факторы, способствующие возникновению и развитию аварий, построены «деревья отказов». Структура «дерева отказов» включает одно нежелательное конечное событие (аварию, инцидент), которое соединяется с набором соответствующих первичных событий (отказов, ошибок), образующих сценарии аварий. На рисунках 14 приведены «деревья отказов» при реализации аварийных ситуаций.