Мониторинг безопасной эксплуатации газонаполнительных станций с заданной степенью риска тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Осипенко, Юрий Григорьевич

• Осипенко, Юрий Григорьевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Осипенко, Юрий Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ НА ГНС.

1.1. Краткая характеристика агрессивных свойств сжиженных газов, влияющих на безопасность эксплуатации ГНС и здоровье людей.

1.2. Технологические объекты ГНС.

1.3. Анализ основных технологических операций, выполняемых на ГНС.

Глава 2. АНАЛИЗ АВАРИЙ И ОТКАЗОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ГНС И СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИХ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

2.1. Статистический анализ аварий и отказов на ГНС.

2.2. Статистический анализ дефектов в основном технологическом оборудовании ГНС.

2.3. Анализ условий возникновения и развития аварий на ГНС.

2.4. Методика оценки поражающего воздействия на человека тепловой радиации и взрывной волны при аварийных ситуациях на технологических объектах ГНС.

2.4.1. Поражающее действие тепловой радиации при сгорании углеводородов.

2.4.2 Поражающее действие осколков от взрыва газа в стальных оболочках резервуаров и трубопроводов.

2.5. Мониторинг безопасной эксплуатации ГНС.

Глава 3. МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ РЕЗЕРВУАРОВ И

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ ГНС.

3.1 .Тепловая дефектоскопия.

3.2. Магнитная дефектоскопия.

3.3. Электроиндуктивный метод обнаружения дефектов в стальных оболочках резервуаров и трубопроводов.

3.4. Акустические методы диагностирования.

3.5. Диагностирование насосных и компрессорных установок, контроль сварных соединений.

3.6.Правила проведения технического диагностирования объектов ГНС.

3.7. Оценка экономической эффективности контрольно-диагностических работ.

Глава 4. МЕТОДИКА И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА НАТУРНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В ДЕФЕКТНЫХ ОБЛАСТЯХ

ОБОЛОЧЕК ТРУБОПРОВОДОВ И РЕЗЕРВУАРОВ ГНС.

4.1. Тензометрический способ измерения деформаций и напряжений в дефектных областях трубопроводов и резервуаров . 84 4.2. Магнитоупругий метод измерения величин механических напряжений в дефектных областях стальных конструкций

4.3.Определение числовых показателей механических напряжений по результатам натурных измерений.

Глава 5. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ И РИСКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТОВ ГНС.

5.1. Прогнозирование уровня эксплуатационной надежности основного оборудования ГНС

5.1.1. Методика определения уровня конструктивной надежности объектов ГНС.

5.1.2. Функциональная зависимость между уровнем надёжности и коэффициентом запаса

5.1.3. Определение оптимального уровня надежности конструкций ГНС по критерию минимальных затрат с заданной степенью риска.

5.2. Надежность человеческого фактора в системе функционирования ГНС

5.2.1. Надёжность работы и ошибки человека.

5.2.2. Зависимость эффективности работы человека от уровня нагрузок.

5.2.3. Характер ошибок человека.

5.2.4. Виды ошибок человека.

5.2.5. Причины ошибок человека.

5.2.6. Банки данных об ошибках человека.

5.2.7. Функция надёжности работы человека в непрерывной временной области.

5.2.8. Показатели надежности человека при выполнении заданий в непрерывном времени.

5.2.9. Экспериментальная проверка модели надежности человека в непрерывном времени.

5.2.10. Функция корректирующей способности человека в непрерывной временной области.

5.2.11. Методология прогнозирования ошибок человека.

5.2.12. Дерево вероятностей.

5.2.13. Задачи анализа надежности диспетчера распределительных систем снабжения потребителей сжиженным газом

5.3. Методика оценки ущерба и риска аварии на ГНС.

5.4. Практические мероприятия по повышению безопасности эксплуатации ГНС.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Мониторинг безопасной эксплуатации газонаполнительных станций с заданной степенью риска»

Газонаполнительная станция (ГНС) является базой системы снабжения потребителей сжиженными углеводородными газами. Она предназначена для выполнения работ по снабжению сжиженным углеводородным газом: коммунально-бытовых и промышленных предприятий, сельскохозяйственных предприятий, государственного и частного автотранспорта. На ГНС осуществляют прием сжиженного газа, переливание его в резервуары - хранилища и наполнение баллонов и автоцистерн. В баллонах газ доставляют непосредственно потребителям, а в автоцистернах - к резервуарным установкам жилых зданий, промышленных и сельскохозяйственных потребителей, а также на автозаправочные станции.

Пик строительства и ввода в эксплуатацию ГНС падает на 1960 -1970 г, когда в нашей стране происходила широкая газификация бытовых и коммунальных потребителей. В городах она начиналась в 1958 г, а в сельской местности - в 1962 г. В 1980 г. число газифицированных квартир превысило 40 млн., из них 18 млн. квартир использовали природный газ и 22 млн. квартир - сжиженный [1]. Использование природного и сжиженного газов для промышленных и бытовых нужд позволило не только повысить объёмы и качество выпускаемой продукции, поднять производительность и улучшить условия труда, но и значительно оздоровить воздушные бассейны, улучшить санитарно-гигиенические условия людей, защитить от загазованности и запыленности окружающую среду.

Но за годы эксплуатации существенно износился основной фонд ГНС и в настоящее время их техническое состояние никак нельзя назвать благополучным. Статистика закономерно связывает аварийные ситуации на ГНС с их "возрастом". Об этом свидетельствует значительное число аварий и их тяжесть, а также возникновение в стальных конструкциях ГНС многочисленных свищей и трещин, которые приходится оперативно ремонтировать.

Уже к концу 80-х годов стало совершенно очевидно, что технологические процессы хранения сжиженного газа, наполнение резервуаров, разлив в баллоны и автоцистерны нуждается в переводе на новый, более высокий уровень надежности и безопасности. Причем это касается в равной степени, как действующих систем, так и вновь проектируемых и строящихся.

К 2002 году доля ГНС, эксплуатирующихся в нашей стране более 35 лет составила 42%. Значительный «возраст» ГНС объективно связан с увеличением риска аварий и отказов при эксплуатации. Эксплуатация таких ГНС связана с утечками взрывоопасных, пожароопасных и вредных для человеческого организма сжиженных газов, со значительными затратами на поддержание оборудования в рабочем состоянии, включая дорогостоящие работы по диагностике и ремонту основного технологического оборудования. К этим затратам необходимо добавить капитальные вложения, связанные с ликви-дациями последствий аварий.

Вместе с тем объективное веление настоящего времени после перестройки хозяйственного механизма в нашей стране вынуждает решать проблему по продлению лицензионных сроков эксплуатации ГНС с уменьшением капитальных затрат на ремонт.

В этой ситуации чрезвычайно важно иметь представление о реальном техническом состоянии эксплуатирующихся технологических объектов ГНС, например, по результатам диагностического обследования, чтобы оперативно принять меры по восстановлению технического ресурса этих ответственных инженерных сооружений и обеспечить безопасную их эксплуатацию. Вот почему тематика, посвященная организации безопасной эксплуатации газонаполнительных станций на основе анализа их работоспособности и надежности является в настоящее время весьма актуальной и приоритетной.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Осипенко, Юрий Григорьевич

151 ВЫВОДЫ

1 .Анализ причин возникновения и сценарии развития аварий на отдельных объектах ГНС с оценкой результатов воздействия на человека и конструкции тепловых и взрывных волн на основе разработанных алгоритмов дали возможность установить: а) при взрывах газовоздушной смеси в резервуарах и трубопроводах ГНС возникает детонация, при которой скорость распространения пламени может превысить скорость распространения звука с мгновенным повышения давления до 10 МПа и действием ударных волн в воспламеняющейся среде. б) аварии на ГНС могут протекать как с минимальным ущербом для человека и конструкций, так и с возникновением бесконтрольных и неуправляемых цепных взрывов, огненных шаров и зон сплошных пожаров; в) убойная сила осколков при взрыве газовых смесей в замкнутых оболочках резервуаров или трубопроводов зависит не только от скорости детонации, которая растет с увеличением избыточного внутреннего давления газа, но и от геометрической формы оболочки.

2. Определены особо опасные участки на ГНС, которыми являются: же-лезнодорожно-сливная эстакада по приему железнодорожных цистерн с сжиженным газом; резервуарный парк хранения сжиженных газов; насосно-компрессорный цех для перекачки сжиженных газов из цистерн в емкости ре-зервуарного парка с последующей подачей газа к цехам и участкам предприятия; баллоно- наполнительный цех по заправке баллонов потребителя, сливу остатков из баллонов, их дегазации и ремонта; газовые колонки по заправке автоцистерн; АГНС для заправки газобаллонных автомашин государственного и частного автотранспорта; котельная.

3. Для обеспечения безопасной эксплуатации ГНС предложено осуществлять постоянный контроль технического состояния наземных объектов с помощью мобильной диагностической лаборатории, содержащей в своём составе современные и эффективные технические средства как диагностирования степени износа основного технологического оборудования, так и несущей способности конструкций в области сканированных дефектов. Определены наиболее эффективные способы натурных измерений механических напряжений и деформаций в дефектных областях конструкций, которыми являются тензометрический и магнитоупругий, основанный на регистрации энергетического спектра шумов Баркхаузена с частотой колебаний до 250 кГц.

4. Показано, что степень ущерба и риска аварии на ГНС в денежном выражении должна определяется не только с учетом реального уровня конструктивной надежности технологических объектов в области дефекта, но и уровнем профессионально-технических знаний и навыков персонала, обслуживающего эти ответственные инженерные сооружения.

5. Разработаны практические рекомендации по созданию системы мониторинга и ликвидации случайных проливов и утечек сжиженного газа, основанной на строгом соблюдении технологического процесса работы всех технологических объектов ГНС, на системе организационно-технических мероприятий предупреждения аварийности и повышения безопасности, снижающей вероятность возникновения аварии и размер возможного ущерба от аварии.

153

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Осипенко, Юрий Григорьевич, 2003 год

1. Бобровский С. А., Яковлев Е. И. Газовые сети и газохранилища. М., «Недра», 1980,413 с.

2. Иванцов О. М. «Хранение сжиженных углеводородных газов», М., «Недра», 1973, 224 с.

3. Ионин А. А. Газоснабжение: Учебник для вузов. 3-е изд., М.: Строй-издат, 1981. 415с.

4. Вешицкий В.А, Гофман-Захаров П.М. Зарубежный опыт слива и налива сжиженных газов." Нефтяная и газовая промышленность" № 4. 1962 г.

5. Амальзик П. Новый метод опорожнения цистерн со сжиженным газом. Перевод 62/52046. 1958 г.

6. Клименко А.П. "Сжиженные углеводородные газы". Гостоптехиздат 1962 г.

7. Н.И. Преображенский "Газораздаточные станции сжиженных газов". М., Недра, 1967 г.

8. Сжиженные углеводородные газы. Труды МИНХ и ГП им. академика И.М.Губкина. Выпуск 6. под редакцией Н.И.Рябцева. М: «Недра» 1967 г.

9. Елкин В.Г. "Устройство и эксплуатация установок и газораздаточных станций сжиженного газа". Стройиздат 1967 г.

10. Рябцев Н.И. "Разработка рациональных схем слива и налива сжиженных углеводородных газов". МИНХ и ГП. Отчет 23 64 выпуск 1965 г.

11. Рябцев Н.И. "Разработка испарительно-инжекторного способа слива и налива сжиженных углеводородных газов" МИНХ и ГП. .Отчет 3/23 65. Выпуск 1966 и 1967 г.г.

12. Рябцев Н.И., Зуев A.M. "Применение газовых компрессоров для отсасывания остаточных паров из резервуаров сжиженного углеводородного газа". Газовое дело № 12.1968 г.

13. Волгина Н.И., Сергеева Т.К. Остаточные напряжения и сопротивление стресс-коррозии металла прямошовных и спиральношовных труб. Семинар по коррозионному растрескиванию трубопроводов под напряжением. -М.: ИРЦ Газпром, 1999, с. 103-115.

14. Методика определения остаточного ресурса трубопроводов с дефектами, определяемыми внутритрубными инспекционными снарядами, М.: АК "ТРАНСНЕФТЬ", 1994.- 36 с.

15. Курочкин В.В. Прогнозирование ресурса и капитального ремонта магистрального нефтепровода. Диссертация к.т.н., М. 2000. 111с.

16. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П. и др. Физика взрыва М., Наука, 1975.

17. Бейкер У., Кокс П., Уэстайн П. и др. Взрывные явления. Оценка и последствия. Кн. 1, 2. М., Мир, 1986.

18. Коробейников В.П. Задачи теории точечного взрыва в газах. М., Наука, 1973.

19. Pietersen С.М. Consequences of accidental releases of hazardous material. J.Loss Prev.Process Ind., 1990, vol.3, January.

20. Зукас Д.А. Проникание и пробивание твердых тел. В кн. Динамика удара. М., Мир, 1985.

21. Коробейников В.П., Чушкин П.И., Шароватова К.В. Таблицы газодинамических функций начальной стадии точечного взрыва. М., ВЦ АН СССР, 1963.

22. Газодинамические функции точечного взрыва. М., ВЦ АН СССР, 1969.

23. Фендриков Н.М., Яковлев В.И. Методы расчетов боевой эффективности вооружения. М., Воениздат, 1971.

24. Юхансон К., Персон П. Детонация взрывчатых веществ. М., Мир, 1973.

25. Харрис С.М., Крид Ч.И. Справочник по ударным нагрузкам. JL, Судостроение, 1980.

26. Технические средства диагностирования: Справочник/В .В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1989. 672 с.

27. РД 03-131-97 «Сосуды, аппараты, котлы и технологические продукто-проводы. Акустико-эмиссионный метод контроля. Руководящий документ».

28. РД 03131-97 «Сосуды, аппараты, котлы и технологические трубопроводы». Акустико-эмиссионный метод контроля и методические рекомендации по АЭ контролю сосудов, работающих под давлением и трубопроводов нефтехимических производств MP 38.18.015-94.

29. ГОСТ 7512-82. Радиографический контроль.

30. ГОСТ 14782-86. Ультразвуковой контроль.

31. СНиП 3.05.02-88. Газоснабжение.

32. РД 34.17.439-96. Методические указания по диагностированию и продлению срока службы сосудов, работающих под давлением с целью выявления внутренних дефектов (трещин, непроваров, пор, шлаковых включений и т.д.) в сварных соединениях.

33. Испытание материалов. Справочник. Под ред. X. Блюменауэра. Пер. с нем. 1979 г. 448 с.

34. Vocke, W., Ullmann K. Experimentalle Dehnumgsanalyse. Leipzig, VEB Fachbuchverlag, 1974.

35. Speer, S. Exsperimentalle Spannungsanalyse: Leipzig: B. S. Teubner Ver-lagsgesellschaft, 1971.

36. Okerblom, N. O. Schweifispannungen in Metallkonstruktionen, Halle, VEB Carl Marhold Verlag, 1959.

37. Тимошенко С.П. Пластинки и оболочки, М.: «Наука», 1966, с. 635.

38. Schroder К. Beilrage zur Spannungs und Dehnungsananalyse, Berlin, Akademie Verlag, 1965.

39. Fink K., Rohrbach C. Handbueh der Spannungs — und Dehnungsmes-sung. Dusseldorf: VDI—Verlag GmbH, 1958.

40. Подзея А. В. Технологические остаточные напряжения. M.: «Машиностроение». 1973.

41. Peiter A. Eigenspannungen I. Art. Dusseldorf, Michael Trittsch Verlag, 1966.

42. Ржаницын A.P. Теория расчета строительных конструкций на надежность.- М.: Стройиздат, 1978.- 239с.

43. Ройтман А.Г. Надежность конструкций эксплуатируемых зданий. -М.: Стройиздат, 1985. 175 с.

44. ГОСТ 27.503-81* (СТ СЭВ 2836-81). Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности. -М.: Изд-во стандартов, 1982. 55 с.

45. Стрелецкий Н.С. Основы статистического учета коэффициентов запаса прочности сооружений. — М.: Стройиздат, 1947. 95 с.

46. Шор Я.Б., Кузьмин Ф.И. Таблицы для анализа и контроля надежности. М.: Советское радио, 1968. — 284 с.

47. Расчет строительных конструкций по предельным состояниям (под ред. В.М. Келдыша), М.: Госстройиздат, 1951.

48. Ржаницын А.Р. Статистическое обоснование расчетных коэффициентов. Материалы к теории расчета по предельным состояниям, вып. 2, М.: Стройиздат, 1949.

49. Стрелецкий Н.С. К вопросу общего коэффициента безопасности. «Проект и стандарт», № 10, 1935.

50. Стрелецкий Н.С. К вопросу развития методики расчета по предельным состояниям, М.: Стройиздат, 1966.

51. Стрелецкий Н.С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений, М.: Стройиздат, 1947.

52. Хоциалов Н.Ф. Запасы прочности, «Строительная промышленность», № 10, 1929.

53. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надёжности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1971.

54. Надежность и долговечность строительных конструкций (под ред. Пшеничкина А.П.), Волгоград, 1974.

55. Проблемы надёжности в строительном проектировании. Материалы НТК, Свердловск, 1972.

56. Рекомендации по оценке надёжности строительных конструкций (разработаны С.А. Тимашевым), Свердловск, 1974.

57. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчётах сооружений.М.: Стройиздат, 1982.

58. Герхард Шпете Надежность несущих строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1994.

59. Ржаницын А.Р. Определение характеристики безопасности и коэффициента запаса из экономических соображений. В сб. «Вопросы теории пластичности и прочности строительных конструкций», М.: Стройиздат, 1961.

60. Williams Н. L. Reliability Evaluation of the Human Component in Man-Machine Systems, Electrical Manufacturing, April 1958.

61. Meister D. The Problem of Human-Initiated Failures, Eighth National Symposium on Reliability and Quality Control, 1962.

62. Hagen E. W., Editor, Human Reliability Analysis, Nucl. Safety, 17, 315 -326(1976).

63. Munger S. J. et al., Smith R. W., Payne D. An Index of Electronic Equipment Operability: Data Store, Report AIR-C43-1/62-RP (1), American Institute for Research, Pittsburg, PA, January 1962.

64. Swain A. D. Development of a Human Error Rate Data Bank, Proceedings US Navy Human Reliability Workshop, NAVSHIPS 0967-412-4010, February 1977.

65. Urmston R. Operational Performance Recording and Evaluation Data System (OPREDS) Descriptive Brochures, Code 3400, NAVY Electronics Laboratory Center, San Diego, CA, November 1971.

66. Dalkey N. Helmer F. An Experimental Application of the DELPHI Method to the Use of Experts, Manag. Set, 9, 458 467 (1963).

67. Larsen O. A., Sander S. I. Development of Unit Performance Effectiveness Measures Using DELPHI Procedures, NPRDC-TR-76-12, Navy Research and Development Center, San Diego, С A, September 1975.

68. Regulinski T. L., Askren W. B. Mathematical Modeling of Human Performance Reliability, Proceedings of Annual Symposium on Reliability, 1969.

69. Swain A. D. Shortcuts in Human Reliability Analysis, Generic Techniques in Systems Reliability Assessment, Noordhoff, Leyden, 1974.

70. Reactor Safety Report, WASH, 1400, Apx III and IV, NTIS, Sprinfield, IL, 1975.

71. Reactor Safety Report, WASH, 1400, Apx III and IV, NTIS, Sprinfield, IL, 1975.

72. Pa trie R. I. Stability and diversity.—Proc. Nat. Acad. Sci. Phyladelphia, 1949, vol. 101, N2.

73. Stalling D. L., Mayer F. L. Jr. Toxicities of PCB's to fish and environmental residues.— Environ. Health Perspectives, 1972, vol. l,p. 159—164.

74. WestermarkT. Mercury monitoring in Sweden international problems in environmental monitoring.— In: A Bellagio Conf., 16—18 Feb. 1977. Rockefeller Found., Aug. 1977. p. 89—104.

75. Veith G. D. Recent fluctuations of chlorobiphenyls (PCB's) in the Green Bay, Wisconsin, region.— Environ. Health Perspectives, 1972, vol. 1, p. 51—54.

76. Dhillon B. S. New Hazard Rate Functions, Microelectron. Reliab., 1978.