Совершенствование методов обеспечения безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов в чрезвычайных ситуациях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Макаров, Александр Васильевич

• Макаров, Александр Васильевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Макаров, Александр Васильевич

Введение

Глава 1. Анализ современных методов обеспечения безопасности систем трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов

1.1. Основные аспекты обеспечения безопасности систем трубопроводного транспорта

1.2. Классификация чрезвычайных ситуаций и их последствий в трубопроводном строительстве

1.3. Постановка задач исследования

Глава 2. Исследование методов оценки безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов

2.1. Методические подходы к оценке безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов

2.2. Методика оценки вероятности возникновения чрезвычайной ситуации

2.3. Моделирование параметров техногенных воздействий при возникновении чрезвычайной ситуации

Глава 3. Разработка методики оценки оптимальных затрат на поддержание безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов

3.1. Вероятностная оценка ожидаемого ущерба при возникновении чрезвычайных ситуаций

3.2. Оптимизация затрат на предотвращение чрезвычайных ситуаций

3.3. Формирование системы технического обслуживания трубопроводов по критерию минимизации вероятности 54 возникновения чрезвычайных ситуаций

Глава 4. Совершенствование системы по предупреждению и ликвидации разливов нефти

4.1. Принципы оценки масштабов аварийных разливов нефти

4.2. Выбор методов определения места разлива нефти

4.3 Методика определения параметров аварийного разлива нефти

4.4. Построение системы многоуровневого реагирования для принятия решений по ликвидации аварийных разливов нефти

4.5. Рекомендации по выбору метода ликвидации последствий разливов нефти

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов обеспечения безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов в чрезвычайных ситуациях»

Трубопроводный транспорт по своей физической сущности и инженерным решениям наиболее безопасный способ доставки пожаровзрывоопасных жидких и газообразных углеводородов. Однако эта безопасность обеспечивается при выполнении целого ряда обязательных условий, в том числе:

• соблюдении всех нормативных требований при проектировании, строительстве и эксплуатации трубопроводных систем;

• создании системных резервов, в виде многониточных газопроводов с перемычками, компрессорных и насосных станций с резервными агрегатами, подземных хранилищ газа и промежуточных резервуарных парков нефти и нефтепродуктов;

• использовании при проектировании современных способов изысканий (аэрокосмических методов, ГИС технологий и др.), автоматизированных процессов проектирования;

• обеспечении гарантированно высокого качества строительства;

• высоком уровне автоматизации технологических процессов, обеспечении телекоммуникациями и современными средствами связи;

• использовании современных средств диагностики и организации мониторинга трубопроводных систем, включая экологический, правильной организации ремонта и реконструкции;

• обслуживании высококвалифицированными кадрами, организации аварийно-восстановительных служб, оснащении их современной техникой.

Опыт, однако, показывает [3-5, 63], что зачастую даже при реализации удачных проектных решений незначительные ошибки при монтаже, а также отклонения от расчетных режимов эксплуатации, воздействие экстремальных природных явлений и нарушение штатных регламентных работ по диагностике и обслуживанию сооружений трубопроводного транспорта приводят к аварийным ситуациям с тяжелыми последствиями.

Аварии на объектах нефтегазового комплекса оказывают существенное воздействие на все компоненты природной среды на каждой стадии «жизненного цикла». Состав, возможная мощность и потенциальная вероятность поступления токсичных и взрывоопасных веществ в природную среду зависят от типа сооружений, сложности их конструктивных решений и технологических режимов.

Анализ нормативных документов, используемых в нефтегазовой отрасли, показывает, что процедуры обеспечения безопасности трубопроводных систем основаны на двух различных подходах. Первый из них состоит в том, что нормируются процедуры расчёта показателей безопасности, а мероприятия по повышению безопасности определяются в соответствии с вычисленными показателями.

Количественное определение ущербов от аварий в трубопроводном транспорте не имеет достаточно полной объективной базы и должно опираться на субъективные мнения и экспертные оценки. Чёткость и однозначность могут быть достигнуты лишь при нормировании процедуры расчёта. В отечественной практике этот подход пока не получил широкого распространения. В качестве одного из немногих примеров можно указать межотраслевой документ ГОСТ Р 27.310-93 "Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения" [29]. В качестве рабочего метода принят анализ видов и последствий отказов. Согласно ГОСТ Р 27.310-93 отказы ранжируются по уровню риска. Такая же процедура применяется к объекту в целом, как на стадии его проектирования, так и эксплуатации.

Значительно шире применяется второй подход, где нормируются условия, которым должны удовлетворять объекты трубопроводного транспорта при их проектировании и эксплуатации. Данный подход основан на том, что нормативным путём устанавливаются не расчётные процедуры, а требования и мероприятия по обеспечению безопасности. Весьма важное значение имеют нормативы, определяющие следующие показатели: 1. расстояния между нитками трубопроводных систем;

2. минимальное удаление жилых зданий и промышленных объектов от трубопроводов (в зависимости от диаметра трубы, давления и транспортируемого продукта);

3. категории участков при строительстве трубопроводов и соответствующие требования к трубам, порядок сооружения переходов через водные преграды, пересечения с энергетическими и транспортными коммуникациями;

4. предельно допустимые концентрации вредных веществ в промышленных выбросах и др.

Следует отметить, что нормативы время от времени пересматриваются, как правило, в сторону ужесточения. Предприятия, отвечающие за эксплуатацию трубопроводов, вынуждены проводить реконструкцию объектов, чтобы привести их в соответствие с новыми требованиями. Для эффективности действия принятых нормативов предусматриваются штрафы за их невыполнение.

В тоже время, соблюдение данных нормативов не гарантирует безопасной работы трубопроводных систем и требует разработки новых подходов для обеспечения безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов, особенно при возникновении чрезвычайных ситуаций.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Макаров, Александр Васильевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа состояния нормативной базы и практики эксплуатации трубопроводного транспорта идентифицированы возможные чрезвычайные ситуации на магистральных трубопроводах, дана их классификация в зависимости от источника возникновения, масштаба, характера воздействия и тяжести последствий. На основе данного анализа сформулированы задачи по совершенствованию системы обеспечения безопасной эксплуатации магистральных трубопроводов.

2. Предложена методика расчета вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации магистральных трубопроводов, основанная на экономико-математическом моделировании процессов эксплуатации с учетом риска возможных потерь. Установлено, что в качестве распределения параметров, характеризующих величину вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций, можно принять бета-распределение.

3. Определена зависимость уровня техногенных воздействий при чрезвычайных ситуациях от затрат на обеспечение безопасной эксплуатации магистрального трубопровода, которая может быть описана в виде линейной функции. Зависимость позволяет контролировать не только уровень экологической безопасности при эксплуатации трубопроводов, но и затраты, связанные с проведением работ по ликвидации чрезвычайных ситуаций.

4. Предложены алгоритмы применения разработанных методов прогнозирования уровня техногенных воздействий при эксплуатации магистральных трубопроводов в условиях ЧС для решения задачи оптимизации уровня безопасности системы с неэкономической ответственностью. Задача сводится к оптимизации функции безопасности конструкции по экономическим показателям, но при этом в функцию стоимости вводится дополнительная составляющая - экономический эквивалент неэкономических потерь.

5. Предложены принципы построения системы по ликвидации последствий ЧС, возникающих в результате аварий на магистральных трубопроводах, основанные на учете возможных вариантов воздействия на окружающую среду разливов нефти, параметров аварийного разлива, физико-химических характеристик нефти и вида поверхности пораженной территории. Апробированы возможности практического применения разработанных методов управления системой многоуровневого реагирования для принятия решений по предупреждению и ликвидации ЧС.

99

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Макаров, Александр Васильевич, 2004 год

1. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Книга 5/ Под. редакцией В.А. Котляревского и А.В. Забегаева - М., Изд-во АСВ, 2001 -416 с.

2. Айнбиндер А.Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. Справочное пособие. М. Недра, 1991 287 с

3. Анализ аварий и несчастных случаев в нефтегазовом комплексе России / Под редакцией Б.Е. Прусенко, В.Ф. Мартынюка М. ООО «Анализ опасностей», 2002

4. Анализ аварий и несчастных случаев на объектах газового надзора/Б.А. Красных, В.Ф. Мартынюк, Т.С. Сергиенко, А.А. Сорокин, А.А. Феоктистов, А.С. Нечаев. М. ООО «Анализ опасностей», 2003

5. Анализ риска и его нормативное обеспечение / В.Ф. Мартынюк, М.В. Лисанов, Е.В. Кловач, В.И. Сидоров // Безопасность труда в промышленности. 1995. -№ И.

6. Баренблатт Г.И. О равновесных трещинах, образующихся при хрупком разрушении. ПММ, 1959, 23: №3, с. 434.444, №4, с. 706.721, №5, с. 893.900

7. Безопасность длительно эксплуатируемых магистральных нефтепроводов. // Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Гумеров К.М. М. Недра, 2003 310 с

8. Безопасность России: Словарь терминов и определений. М.: МГФ «Знание», 1999.-368 с

9. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Безопасность трубопроводного транспорта / Колл. авт. М.: МГФ «Знание», 2002 - 752 с.

10. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Безопасность промышленного комплекса / Колл. авт.-М.: МГФ «Знание», ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2002 464 с.

11. Белов П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности. -Москва: ГНТП "Безопасность", МИБ СТС. 1996. - 424 с

12. Бородавкин П.П. Подземные трубопроводы. М.: Недра, 1974

13. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978

14. Быков А.А., Мурзин Н.В. Проблемы анализа безопасности человека, общества и природы. СПб.: Наука, 1997. - 247 с

15. Васильченко Г.С., Кошелев П.Ф. Практическое применение механики разрушения для анализа прочности конструкций. М., Наука, 1974

16. Вентцель Е.С. Теория вероятностей, М.: Высш. Шк., 1998. 576 е.: ил.

17. Виноградов С.В. Расчет подземных трубопроводов на внешние нагрузки. М. Стройиздат, 1980

18. Временный порядок оценки и возмещения вреда окружающей среде в результате аварии (с изменениями на 28 августа 1997 года) (утв. Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, пр. от 27 июня 1994 года № 200)

19. Герштейн М.С. Динамика магистральных трубопроводов. М. Недра, 1992-283 с .

20. Гехман А.С., Зайнетдинов Х.Х. Расчет, конструирование и эксплуатация трубопроводов в сейсмических районах. М. Стройиздат, 1988 — 182 с

21. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности, "Наука", М., 1965; 333с

22. ГОСТ 12.1.004-91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования

23. ГОСТ Р 12.3.047-98. ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля

24. ГОСТ Р 22.0.01-94. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Основные положения.

25. ГОСТ Р 22.0.05-94 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения.

26. ГОСТ Р 22.0.06-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Источники природных чрезвычайных ситуаций. Поражающие факторы. Номенклатура параметров поражающих воздействий.

27. ГОСТ Р 22.0.07-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Источники техногенных чрезвычайных ситуаций. Классификация и номенклатура поражающих факторов и их параметров.

28. ГОСТ Р 22.0.11-99. Безопасность в чрезвычайных ситуация. Предупреждение природных чрезвычайных ситуаций. Термины и определения.

29. ГОСТ Р 27.310-93 "Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения"

30. Гражданкин А.И., Белов П.Г. Экспертная система оценки техногенного риска опасных производственных объектов // Безопасность труда в промышленности. 2000. -№11.

31. Гражданкин А.И., Дегтярев Д.В., Лисанов М.В., Печеркин А.С. Основные показатели риска аварии в терминах теории вероятностей//Безопасность труда в промышленности. 2002 - № 7

32. Гражданкин А.И., Лисанов М.В., Печеркин А.С. Использование вероятностных оценок при анализе безопасности опасных производственных объ-ектов//Безопасность труда в промышленности. 2001 - № 5

33. Гражданкин А.И., Федоров А.А. К вопросу об оценке риска при декларировании промышленной безопасности опасных производственных объек-тов//Безопасность жизнедеятельности. 2001 - № 4

34. Гумеров А.Г., Зайнуллин Р.С. Безопасность нефтепроводов. М.: Недра, 2000

35. Даффи А.Р., Мак Клур Дж.М., Айбер Р.Дж., Мэкси У.А. Практические примеры расчета на сопротивление хрупкому разрушению трубопроводов под давлением. В кн. Разрушение, том 5. М., Мир, с. 146.209

36. Закон РФ «О безопасности» (с изменениями от 24 декабря 1993 г., по состоянию на 1 апреля 1994 г.) от 5.3.1992 № 2446-1, 2646/1-1

37. Иванцова С.Г., Пирожков В.Г., Бабусенко В.Н., Макаров А.В. Моделирование кинетики разрушения газопровода. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2001 №3

38. Завойчинский Б.И. Долговечность магистральных и технологических трубопроводов. Теория, методы расчета, проектирование. М. Недра, 1992 -271с

39. Зверьков Б.В., Костовецкий Д.Л. Расчет и конструирование трубопроводов. М. Машиностроение, 1979

40. Камерштейн А.Г. Строительство трубопроводов в районах горных выработок. М. Стройиздат, 1976

41. Качалов Л.М. Основы механики разрушения. М., Наука, 1974

42. Кузьмин И.И., Махутов Н.А., Хетагуров С.В. Безопасность и риск: эколо-го-экономические аспекты. Сп.Петербург: Изд-во Сп. ГУЭ и Ф. 1997 -164 с

43. Мазур И.И., Иванцов О.М., Молдаванов О.И. Конструктивная надежность и эксплуатационная безопасность трубопроводов. М.: Недра, 1990 -264 с

44. Макаров А.В. Инженерная защита участков трассы нефтепровода с явлениями курумов. Научно-технический сборник «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2002 №2

45. Макаров А.В. Взаимодействие между оборудованием и трубопроводами. Научно-технический сборник «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2002 №3

46. Макаров А.В. Основные аспекты безопасности системы магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2003 №1

47. Макаров А.В., Лежнев М.А. Математическое моделирование процессов эксплуатации для оценки вероятности возникновения чрезвычайной ситуации. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2003 №2

48. Макаров А.В. Методика определения параметров аварийного разлива нефти. НТС «Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт», 2003 №3

49. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. М., Мир, 1970

50. Малышев В.М. Проблемы безопасности комплексное решение // Безопасность труда в промышленности. - 1989. - №10

51. Мартынюк В.Ф., Лисанов М.В., Кловач Е.В., Сидоров В.И. Анализ риска и его нормативное обеспечение.// Безопасность труда в промышленности. -1995.-№11

52. Маршалл В. Основные опасности химических производств / Пер. с англ. -М.: Мир, 1989. 672 с.

53. Махутов Н.А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению. М., Машиностроение, 1973

54. Международный стандарт ИСО 9001:1994. Система качества Модель для обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании

55. Международный стандарт МЭК 271А-78. Первое дополнение

56. Международный стандарт ИСО 8402:1994 (E/F/R). Управление качеством и обеспечение качества Словарь. ИСО, 1994

57. Международный стандарт МЭК 50 (191)-90. Надежность и качество услуг. Термины и определения

58. Методика оценки последствий химических аварий (методика "Токси"), согл. с Госгортехнадзором России (письмо от 03.07.98 № 10-03/342), НТЦ "Промышленная безопасность".

59. Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах: Сборник документов. Серия 27. Выпуск 2 / Колл. авт. М.: ГУЛ "НТЦ "Промышленная безопасность" Госгортехнадзора России, 2001. - 224с.

60. Методы определения остаточного ресурса нефтепроводов. // В.Н. Анти-пьев, В.М. Стояков, В.Н. Чекуский, А.Н. Ченцов. М., 1995

61. Морозов В.Н. Магистральные трубопроводы в сложных инженерно-геологических условиях. JI. Недра, 1987 »

62. Надежность «горячих» трубопроводов. / Азметов Х.А., Березин B.JL, Бо-родавкин П.П., Ясин Э.М. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М. Изд. ВНИИОЭНГнефтепром, 1975

63. Надежность магистральных нефге- и продуктопроводов // Белозерова 3.JI. и др. М., 1968

64. Никифоровский B.C., Шемякин Е.И. Динамическое разрушение твердых тел. Новосибирск, Наука, 1979

65. Петров И.П., Калошин К.И. Прокладка трубопроводов в местах пересечения селевых потоков и оползневых районов. Вопросы прочности трубопроводов. 1971, с. 180-203 (Тр. ВНИИСТ, вып. 25)

66. Петров И.П., Спиридонов В.В. Надземная прокладка трубопроводов. М. Недра, 1973

67. Позднеев М.В. Магистральные нефте- и продуктопроводы. Л., 1966-98 с

68. Постановление Правительства Российской Федерации от 15 апреля 2002 года № 240 «О порядке организации мероприятий по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации.

69. Правила содержания трассы и охранной зоны магистральных нефтепроводов, проложенных в сложных географических и геологических условиях. М. Министерство нефтяной и газовой промышленности СССР, 1990 -96 с

70. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение / Бесчастнов М.В. -М., Химия, 1991.-с. 432

71. Расчет и конструирование трубопроводов. Справочное пособие. Б.В. Зверьков и др. Л., Машиностроение, 1979

72. РД "Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах". Утв АК "Транснефть", пр. от 30.12.99 №152; согл. Госгортехнадзором России, письмо от 07.07.99 №10-03/418.

73. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов (утв. Пост. Госгортехнадзора России № 30 от 10.07.2001 г.)

74. РД 08-120-96. Методические рекомендации по проведению анализа риска опасных производственных объектов (утверждены постановлением Госгор-технадзора России от 12.07.96 № 29)

75. Сафонов B.C., Одишария Г.Э, Швыряев А.А. Теория и практика анализа риска в газовой промышленности. М. НУМЦ Минприроды России, 1996

76. Серенсен С.В. Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению. М., Атомиздат, 1975

77. СНиП 2.04.12-86. Расчет на прочность стальных трубопроводов.

78. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. М. Стройиздат, 2000

79. СНиП 2.05.13-90. Нефтепродуктопроводы, прокладываемые на территории городов и других населенных пунктов.

80. СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний.

81. Справочное руководство по расчетам трубопроводов. // В.М. Агапкин, С. Н. Борисов, Б.Д. Кривошеин. М. Недра, 1987 191 с

82. Строительство магистральных трубопроводов. Справочник / В.Г. Чир-сков, B.J1. Березин, Л.Г. Телегин и др. М.: Недра, 1991 - 475 с

83. Трубопроводный транспорт нефти в сложных условиях эксплуатации// В. Д. Черняев, А.К. Галлямов, А.Ф. Юнин, П.М. Бондаренко. М. Недра, 1990 -232 с

84. Управление в чрезвычайных ситуациях: проблемы теории и практики /Порфирьев Б.Н. // ВИНИТИ "Проблемы безопасности: чрезвычайные ситуации". 1991. Т.1 -192 с

85. Управление риском в социально-экономических системах: концепция и методы ее реализации// ВИНИТИ. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1995.- Вып. 11 -»

86. Федеральный закон «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 21.12.1994 № 68-ФЗ

87. Федеральный закон «О пожарной безопасности (с изменениями на 6 августа 2001 года)» от 21.12.1994 № 69 ФЗ

88. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов (с изменениями на 7 августа 2000 года)» от 21.7.1997 № 116-ФЗ

89. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.1.2002 №7-ФЗ

90. Федеральный закон «О техническом регулировании» от 27.12.2002 года № 184-ФЗ

91. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Оборонгиз, 1952

92. Хан Г., Каннинен М. Остановка и динамический рост трещин в пластинах, трубах и сосудах давления. В сб. Механика разрушений. Разрушение конструкций, № 20. М., Мир, с. 81.91

93. Хенли Э.Дж., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска. М.: Машиностроение, 1984 - 528 с

94. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М., Наука, 1974

95. Черноплеков А.Н. Структура и состав планов ликвидации аварийных разливов нефти // Безопасность жизнедеятельности. 2002 - № 4

96. Эксплуатация магистральных нефтепроводов. // Под ред. Ю.Д. Земен-кова. Тюмень, ТюмГНГУ, 2000 534 с

97. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. М., Стройиздат, 1988

98. Ясин Э.М., Черникин В.И. Устойчивость подземных трубопроводов. М. Недра, 1968

99. Aven Т. Reliability and Risk Analysis. Elsevier Applied Science, 1992

100. Finkelstein M.S. Measured of Risk and a Concept of Acceptable Risk / Proceeding of the International Scientific School Modelling and Analysis of Safety, Risk and Quality in Complex Systems, SPb. 2001

101. Rasmussen N. Reactor Safety Study an Assessment of Accident Risks in US Commercial Nuclear Power Plants. WASH-1400. Nuclear Regulatory Commission, Washington DC, Oct 1975