Развитие методов анализа риска аварий на магистральных нефтепроводах на основе моделирования аварийных разливов нефти тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Козлов, Михаил Александрович

• Козлов, Михаил Александрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козлов, Михаил Александрович

ВВЕДЕНИЕ. ф

ГЛАВА 1 АВАРИЙНОСТЬ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ И

МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ РИСКА ВОЗМОЖНЫХ АВАРИЙ

1.1 Анализ причин аварий на объектах магистральных трубопроводов.

1.2 Существующие методические подходы к оценке риска.

1.3 Геоинформационные технологии в решении задач моделирования аварийных разливов нефти.

Выводы по главе.

ГЛАВА 2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА РИСКА

НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ

НЕФТИ.

2.1 Методика расчета объемов аварийных разливов нефти.

2.2 Моделирование разлива нефти по поверхности суши при авариях на нефтепроводах.

2.3 Обоснование требований к точности построения цифровых моделей местности.

2.3.1 Влияние ошибок цифровых данных о рельефе местности на точность моделирования разливов нефти при авариях на магистральных трубопроводах.

2.3.2 Анализ трудозатрат и стоимости работ, связанных с получением цифровых данных о местности различных точности и детальности.

2.3.3 Обоснование выбора источника топографических данных о рельефе местности.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

РАСТЕКАНИЯ НЕФТИ ПРИ АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВАХ.

3.1 Методика проведения эксперимента.

3.2 Порядок и условия проведение эксперимента с разливом нефти.

3.3 Сопоставление результатов расчетов с реальными данными, полученными из опыта ликвидации аварийных разливов нефти, и определение погрешностей расчетов.

3.4 Сопоставление результатов расчета по теоретической модели с экспериментальными и фактическими данными.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4 СОПОСТАВЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РИСКА

ПО СУЩЕСТВУЮЩИМ И ПРЕДЛАГАЕМЫМ МЕТОДАМ.

4.1. Сопоставление показателей риска по объемам аварийных разливов нефти.

4.2. Сопоставление показателей риска по площадям загрязнения суши при аварийных разливах.

4.3 Сопоставление показателей риска по объемам нефти, попавшей в водные объекты при аварийных разливах.

4.4 Промышленная апробация результатов выполненных исследований по анализу риска при проектировании магистральных нефтепроводов.

4.4.1 Восточно-Тихоокеанская нефтепроводная система.

4.4.2 Нефтепровод Харьяга-Индига.

4.4.3 Нефтепровод Альметьевск-Нижнекамск.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие методов анализа риска аварий на магистральных нефтепроводах на основе моделирования аварийных разливов нефти»

Объекты магистральных трубопроводов, как и другие сложные технические системы, являются источниками повышенной техногенной опасности.

Основное развитие системы магистральных нефтепроводов (МН), транспортирующих жидкие и газообразные углеводороды, пришлось на 1960-1970-ые годы. Существующая сеть нефтепродуктопроводов к настоящему времени в значительной степени выработала свой ресурс, в связи с чем аварийность на промысловых и магистральных трубопроводах остается высокой.

Изучению отрицательного воздействия на окружающую среду опасных производственных объектов, разработке методов оценки риска и уменьшения негативных последствий возможных аварий посвящены работы отечественных ученых Акимова В.А., Александрова A.A., Акатьева В.А., Брушлинско-го H.H., Гумерова А.Г., Гумерова P.C., Елохина А.Н., Идрисова Р.Х., Котля-ревского В.А., Ларионова В.И., Лисанова М.В., Махутова H.A., Печоркина A.C., Прусенко Б.Е., Сущева С.П., Швыряева A.A. и др.

В настоящее время повышаются требования к обеспечению безопасной эксплуатации нефтепроводов, все больше внимания уделяется предупреждению аварий, а также снижению их негативных последствий. Повышение безопасности транспортировки нефти в значительной степени основывается на анализе рисков.

В связи с этим актуальной является научная задача совершенствования методов анализа риска на основе исследования процессов истечения нефти из трубопровода и растекания ее по суше.

Исследования проведены в рамках ФЦП «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 г.».

Цель работы - повышение безопасности транспортировки нефти совершенствованием методов анализа риска и прогнозирования растекания нефти при аварийных разливах.

Основные задачи исследования:

• анализ современных методов оценки риска и прогнозирования последствий аварий на магистральных нефтепроводах;

• уточнение методов расчета объемов нефти, вытекающей из трубопровода при авариях;

• разработка математической модели процесса растекания нефти по суше;

• экспериментальное изучение процессов распространения разлившейся нефти по суше и сопоставление данных с результатами моделирования;

• уточнение методов анализа риска аварий на магистральных нефтепроводах на основе моделирования;

• разработка пакета программных средств с применением ГИС-технологий по оценке показателей рисков.

Методы решения поставленных задач

При решении поставленных задач использовались экспериментальные исследования растекания нефти по рельефу местности, методы математического моделирования, теории вероятности и системного анализа.

Объектом исследования являются линейные объекты магистральных нефтепроводов.

Предметом исследования являются методология анализа риска и прогнозирование разливов нефти при авариях на магистральных нефтепроводах.

Научная новизна

1. Предложены закономерности, описывающие расход нефти через дефектное отверстие, с учетом комплексного влияния технологических и пространственно-временных факторов.

2. Разработана математическая модель процесса растекания нефти по суше с учетом режимов истечения вещества из трубопровода, рельефа местности, процессов фильтрации в грунт и испарений в атмосферу.

3. Выполнены оценки влияния точности топографических карт на надежность результатов прогнозирования последствий аварийных разливов.

4. Получены экспериментальные данные о форме пятна, площади и глубине загрязнения при распространении нефти по суше.

На защиту выносятся

1. Усовершенствованная методика расчета объема нефти, вытекающей из дефектного отверстия в трубопроводе.

2. Методика моделирования растекания нефти по суше при аварийных разливах с применением ГИС-технологий.

3. Требования к разработке специализированной ГИС по оценке риска на нефтепроводах.

4. Результаты экспериментальных исследований растекания нефти по поверхности земли.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Разработанные математические модели и программные средства могут применяться при разработке проектной документации, анализе риска возможных аварий на строящихся и эксплуатируемых объектах нефтегазового комплекса.

Апробация работы

Полученные результаты докладывались на всероссийских и международных конференциях, совещаниях и семинарах, посвященных проблемам обеспечения промышленной безопасности эксплуатации объектов нефтегазового комплекса, в том числе:

- IV научном симпозиуме «Геоинформационные технологии в нефтепромысловом строительстве», Уфа, 2005 г.;

- научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках VI конгресса нефтегазопромышленников России, Уфа, 2005 г.;

- научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках XIV Международной специализированной выставки «Газ. Нефть. Технологии - 2006», Уфа, 2006 г.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы (методология, модели, программное обеспечение, методики) использовались при разработке разделов проектной документации на строительство объектов Каспийского Трубопроводного Консорциума (КТК), Балтийской трубопроводной системы (БТС), магистральных нефтепроводов «Восточная Сибирь-Тихий океан» (ВСТО), Харьяга-Индига и др., а также планов ликвидации аварийных разливов нефти для объектов АНК «Башнефть».

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Козлов, Михаил Александрович

7. Результаты работы использованы при разработке проектной документации на строительство нефтепроводов Восточно-Тихоокеанской нефте-проводной системы, Харьяга-Индига, Альметьевск-Нижнекамск и других.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козлов, Михаил Александрович, 2006 год

1. Аварии на трубопроводном транспорте // Трубопроводы и экология. 1998. - № 1. - С. 27.

2. Аварии на трубопроводном транспорте // Трубопроводы и экология. 1998. - № 2. - С. 28.

3. Аварии на трубопроводном транспорте // Трубопроводы и экология. 1998. - № 3. - С. 27.

4. Аварии на трубопроводном транспорте // Трубопроводы и экология. 1998. - № 4. - С. 27.

5. Аварии на трубопроводном транспорте // Трубопроводы и экология. 1999. - № 1. - С. 28.

6. Аварии на трубопроводном транспорте // Трубопроводы и экология. 1999. -- № 2. - С. 28.

7. Аварии на трубопроводном транспорте // Трубопроводы и экология. 1999. -№ 3. - С. 27.

8. Аварии на трубопроводном транспорте // Трубопроводы и экология. 1999. - № 4. - С. 28.

9. Доклад о фактическом уровне надежности действующих магистральных нефтепродуктопроводов. — Уфа: ИПТЭР, 1999. 28 с.

10. Исследование причин аварий на трубопроводах США // Трубопроводный транспорт нефти. 1999. - № 6. - С. 46-47.

11. Бард В.Л., Кузин А.В. Предупреждение аварий на нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах. М.: Химия, 1984.-285 с.

12. Сучков В.П., Безродный И.Ф. и др. Пожары резервуаров с нефтью и нефтепродуктами // Обзорная информация. Сер. «Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья». М.: УНИИТЭНефтехим, 1992. - вып. 3-4. - 48 с.

13. Швырков С.А., Селенков В.Л., Швырков А.Н. Анализ статистических данных разрушений резервуаров. М.: Недра, 1997. - 78 с.

14. Кондаков Г.П., Кузнецов В.В., Лукиенко М.И. Анализ причин аварий вертикальных цилиндрических резервуаров // Трубопроводный транспорт нефти. 1995. — № 4. - С. 35-37.

15. РД 153-39.4-056-2000. Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов. Утв. Минэнерго РФ 03.10.2000. Приказ № 93.

16. Постановление Правительства РФ от 21.08.2000 г. № 613

17. Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах: Руководящий документ Минтопэнерго РФ, АК «Транснефть». М.: Транспресс, 1996. - 67 с.

18. Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах: Руководящий документ.- М.: Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000. 96 с.

19. Правила по предотвращению загрязнения с судов (Конструкция и оборудование) // Речной Регистр РСФСР. М.: Транспорт, 1983. - 54 с.

20. Идрисова К.Р. Снижение опасностей при нарушении герметичности подводных нефтепроводов: Автореф. . канд. техн. наук. -Уфа, 2004.-20 с.

21. Постановление Правительства Российской Федерации «О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефтии нефтепродуктов на территории Российской Федерации» от 15.04.2002 г. № 240.

22. Акимов В.А. и др. Природные и техногенные чрезвычайные ситуации: опасности, угрозы, риски // В.А. Акимов, В.Д. Новиков, H.H. Радаев. М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2001. - 341 с.

23. Надежность технических систем и техногенный риск //B.А. Акимов, B.JI. Лапин, В.М. Попов и др. М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2002. - 367 с.

24. Анализ и оценка ущербов и риска от опасных природных и техноприродных процессов // Анализ и оценка природных и техногенных рисков в строительстве. Материалы НТС. М.: Изд-во ПНИИИС, 1997.C. 74-125.

25. Ващук A.B. К оценке степени риска аварий на объектах нефтедобывающей отрасли // Аварии и катастрофы. М.: Изд-во АСВ, 2001. - кн. 5.-С. 79-85.

26. Владимиров В.А., Измалков В.И., Измалков A.B. Оценка риска и управление техногенной безопасностью. М.: ФИД «Деловой экспресс», 2002- 184 с.

27. Елохин А.Н. Анализ и управление риском: теория и практика. 2-е изд. - М.: Полимедиа, 2002 - 192 с.

28. Измалков В.И., Измалков A.B. Техногенная и экологическая безопасность и управление риском. М.: Центр стратегических исследований гражданской защиты МЧС России, 1998. - 481 с.

29. Колодкин В.М., Мурин A.B., Аксаков A.B., Сивков A.M. Прогнозирование аварийного риска // Аварии и катастрофы. М.: Изд-во АСВ, 2003. - кн. 6. - С. 224-252.

30. Кофф Г.Л., Гусев A.A., Воробьев Ю.Л., Козьменко С.Н. Оценка последствий чрезвычайных ситуаций. М.: РЭФИА, 1997 - 364 с.

31. Ларионов В.И. Основы теории эффективности мероприятий и действий сил в чрезвычайных ситуациях // Теоретические основы реагирования на чрезвычайные ситуации: Учебное пособие / Под ред. В.И. Ларионова. М.: Изд-во ВИУ, 1999. - Ч. 2. - С. 9-28.

32. Ларионов В.И., Акатьев В.А., Александров A.A. Риск аварий на автозаправочных станциях // Безопасность труда в промышленности. 2004. -№ 2. - С. 44-48.

33. Лисанов М.В., Печеркин A.C., Сидоров В.И. и др. Оценка риска аварий на линейной части магистральных нефтепроводов // Безопасность труда в промышленности. 1998. - № 9. - С. 50-56.

34. Махутов H.A., Костин A.A., Костин А.И. Нормирование степени риска при авариях на химически опасных объектах // Аварии и катастрофы. -М.: Изд-во АСВ, 2001. кн. 5. - С. 44-55.

35. Махутов H.A. Оценки и прогнозы стратегических рисков в техногенной сфере // Управление риском. М.: Изд-во «Анкил», 2002. -Спец. выпуск. - С. 59-65.

36. Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах: Сборник документов. М.: Госгортехнадзор России, НТЦ «Промышленная безопасность», 2000. - Сер. 27. - вып. 2. -220 с.

37. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов: РД 03-418-01 / Утв. постановлением Госгортехнадзора России № 30 от 10.07.01. М.: ГУП НТЦ «Промбезопасность» Госгортехнадзора России, 2002. - 38 с.

38. Мишуев A.B., Казенков В.В., Комаров A.A. Проблемы безопасности промышленных и гражданских объектов // Анализ и оценка природного и техногенного риска в строительстве. М.: ПНИИИС, 1995. -С. 43-50.

39. Ларионов В.И., Сущев С.П., Угаров А.Н. и др. Проведение комплексной оценки природных и техногенных рисков для населения Камчатской области и разработка предложений по снижению уровней рисков и смягчению последствий. М.: ЦИЭКС, 1997. - 160 с.

40. Рагозин A.JI. Современное состояние и перспективы оценки и управления природными рисками в строительстве // Анализ и оценка природного и техногенного риска в строительстве. Матер, научн.-техн. семинара. М.: Изд-во ПНИИИС, 1995. - С. 9-25.

41. Рагозин АЛ. Вероятностно-детерминированное прогнозирование опасных природных процессов // Анализ и оценка природных рисков в строительстве. Материалы междунар. конф. М.: Изд-во ПНИИИС, 1997. -С. 6-8.

42. Сафонов B.C., Одишария Г.Э., Швыряев A.A. Теория и практика анализа риска в газовой промышленности. М.: НУМЦ Минприроды, 1996. -207 с.

43. Сборник методик по прогнозированию возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий в РСЧС: В 2 кн. М.: МЧС, 1994. - кн. 2. -59 с.

44. Владимиров В.А. Управление риском / A.B. Владимиров, ЮЛ. Воробьев и др. М.: Наука, 2000. - 430 с.

45. Гончаров С.Ф., Шойгу С.К., Лобанов Г.П. Землетрясения: закономерности формирования и характеристика потерь населения. М.: Всероссийский центр медицины катастроф «Защита», 1998. - 123 с.

46. Методика оценки последствий химических аварий (Методика «Токсй»). 2-я ред. - М., 1998. - С. 80.

47. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте. М.: ШГО СССР, Комитет СССР по гидрометеорологии, 1990. - 26 с.

48. Методика оценки последствий наводнений. М.: ВНИИ ГОЧС, 1994.-52 с.

49. Методика оценки последствий аварий на пожаровзрывоопасных объектах. М.: ВНИИ ГОЧС, 1993. - 41 с.

50. Аптикаев Ф.Ф., Кофф Г.Л., Фролова Н.И. и др. Методологические основы оценки сейсмического риска // Сейсмический риск и сейсмическое микрорайонирование. Матер, межресп. науч. сем. Иркутск, 1994. - С. 51-54.

51. Методические указания по проведению анализа риска для опасных производственных объектов предприятий ОАО «ГАЗПРОМ» СТО РД Газпром 39-1.10-084-2003 :-М.:ИРЦ Газпром, 2003.-Т. 1-2.- 314с.

52. Безродный И.Ф., Гилетич А.Н., Меркулов В.А. и др. Тушение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИПО, 1996. - 216 с.

53. Цховребов Ю.В., Елохин А.Н. Страхование высокорисковых производств: некоторые инженерные аспекты. М.: ООО «ПолиМедиа», 2002.- 123 с.

54. Потапов Б.В., Радаев H.H. Экономика природного и техногенного рисков. М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», 2001. - 128 с.

55. Кавардаков A.B. Система обнаружения утечек на базе стандартных программных средств СДКУ // Трубопроводный транспорт нефти. -2004. -№6.-С. 51-52.

56. Стрекицын Е.А., Кузьмин В.В., Недоборов О.Б., Юрченко С.М., Коняхин А.Н., Лосенков A.C. Параметрическая система обнаружения утечек протяженных участков магистральных нефтепроводов // Трубопроводный транспорт нефти. -2004. № 9. - С. 49-51.

57. Ларионов В.И., Козлов М.А., Осипов В.И. и др. Комплексная оценка риска от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера // 25 лет от идеи до технологии: Сб. научн. тр. / ВНИИ ГОЧС. -М., 2001.-С. 70-86.

58. Ларионов В.И., Сущев С.П., Козлов М.А. и др. Комплексная оценка риска для населения // Инф. бюллетень «Снижение рисков чрезвычайных ситуаций». 2001. -№ 3-4. - С. 26-31.

59. Козлов М.А., Ларионов В.И., Сущев С.П. и др. Программа для ЭВМ «Loss Assessment Tool» (LAT) / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003612723, 25 декабря 2003 г.

60. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов / П.И. Тугунов, В.Ф. Новосёлов, A.A. Коршак,• A.M. Шаммазов. Уфа: Изд-во «Дизайн-ПолиграфСервис», 2002. - 658 с.

61. Рабинович Е.З. Гидравлика. М.: Физматгиз, 1963. - 408 с.

62. Лерке Л.Э., Болдов Н.Г., Свиридов В.П., Сидоренко A.B. Истечение жидкости через ромбовидные щели // Актуальные вопросы трубопроводного транспорта нефти: Сб. научн. тр. / ВНИИСПТнефть. Уфа, 1986.-С. 73-78.

63. Ишмухаметов И.Т., Исаев С.Л., Лурье М.В., Макаров С.П. Трубопроводный транспорт нефтепродуктов: Учебно-практическое пособие по вопросам теории и расчета / Под общей ред. проф. М.В. Лурье. М.: Изд• во «Нефть и газ», 1999. -217 с.

64. Азметов Х.А. Освобождение полости участка магистрального нефтепровода от нефти при ремонте и демонтаже // Проблем сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: Сб. научн. тр. / ИПТЭР. -Уфа: ТрансТЭК, 2002. С. 44-58.

65. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1998. - 369 с.119