автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Анализ риска аварий при обосновании безопасных расстояний от магистральных трубопроводов сжиженного углеводородного газа до объектов с присутствием людей

Савина Анна Вячеславовна

АНАЛИЗ РИСКА АВАРИЙ ПРИ ОБОСНОВАНИИ БЕЗОПАСНЫХ РАССТОЯНИЙ ОТ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА ДО ОБЪЕКТОВ С ПРИСУТСТВИЕМ ЛЮДЕЙ

Специальность 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс)»

5 ДЕК 2013

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2013

005541475

005541475

Работа выполнена в Закрытом акционерном обществе «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности» (ЗАО НТЦ ПБ)

Научный руководитель: Лисанов Михаил Вячеславович,

доктор технических наук

Официальные оппоненты: Козлитин Анатолий Мефодьевич, доктор

технических наук, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», профессор кафедры «Природная и техносферная безопасность»

Пантелеев Владимир Александрович, кандидат физико-математических наук, ООО «Институт риска и безопасности», ведущий специалист отдела промышленной безопасности и анализа риска

Ведущая организация: ФГБУ Всероссийский научно-исследовательский

институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России (федеральный центр науки и высоких технологий), г. Москва

Защита состоится 24 декабря 2013 года в 11 часов 00 минут

на заседании диссертационного совета Д 355.001.01 при Научно-техническом центре исследований проблем промышленной безопасности по адресу: 105082, г. Москва, Переведеновский пер., д. 13, стр. 14. Тел. для справок (495) 620-47-50.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-технического центра исследований проблем промышленной безопасности.

Автореферат разослан ноября 2013 года. Ученый секретарь ____

диссертационного совета, \ /\ _____

кандидат технических наук \/ { '•"Гражданкин А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

В России создана, функционирует и развивается уникальная по протяженности, производительности и безопасности система магистральных трубопроводов (МТ) нефти, газа и нефтепродуктов. Данные по аварийности и травматизму свидетельствуют о том, что аварии с гибелью людей на российских МТ - достаточно редкие события. Однако в современных урбанистических условиях сближения МТ с населенными пунктами, объектами производственной и транспортной инфраструктуры увеличивается опасность возникновения крупных промышленных аварий с гибелью людей. Наибольшая опасность связана с эксплуатацией МТ, перекачивающих нестабильные углеводородные жидкости (сжиженные углеводородные газы, нестабильный конденсат, широкую фракцию легких углеводородов — далее СУГ), при аварийном выбросе которых могут образовываться облака топливно-воздушных смесей (TBC), способные дрейфовать при неблагоприятных условиях на расстояния в несколько сотен метров с сохранением способности к воспламенению.

К настоящему времени накоплен значительный опыт по моделированию аварийных выбросов, расчету последствий аварий на промышленных объектах и применению методологии анализа риска для оценки опасностей возможных аварий, в т.ч. в работах В.А. Акимова, М.В. Бесчастнова, A.M. Козлитина, М.В. Лисанова, C.B. Овчарова, Г.Э. Одишарии, A.C. Печеркина, B.C. Сафонова, В.И. Сидорова, С.И. Сумского, С.А. Тимашева, A.A. Швыряева, Ю.Н. Шебеко, Т. Kietz, F. Lees, К. Muhlbauer и других российских и зарубежных исследователей.

Среди способов обеспечения безопасности людей от аварий наиболее известным и надежным является удаление объектов защиты от источника опасности на достаточное расстояние («защита расстоянием»). Особенно остро вопрос установления безопасных расстояний встает в условиях угроз крупных промышленных аварий с групповой гибелью людей. Хорошо известен пример уфимской катастрофы 1989 года, после которой в СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы» были внесены изменения, устанавливающие крайне пессимистичные минимальные расстояния от продуктопроводов СУГ, на несколько десятилетий фактически затормозившие проектирование и строительство новых подобных объектов. ~

В связи с государственным Планом развития газо- и нефтехимии России до 2030 года одной из важных проблем обоснования промышленной и пожарной безопасности при проектировании и эксплуатации МТ СУГ является установление

минимальных безопасных расстояний до соседних сооружений и объектов инфраструктуры. Решение данной проблемы должно быть основано на результатах анализа современного состояния аварийности, моделирования выбросов опасных веществ, количественной оценки риска и обоснования критериев безопасности.

Целью диссертационной работы является научно-техническое обоснование безопасных расстояний от МТ СУГ до объектов с присутствием людей с использованием методологии анализа опасностей и количественной оценки риска аварий.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие основные задачи:

анализ данных по аварийности на отечественных и зарубежных МТ для выявления актуальных тенденций и общих закономерностей возникновения и развития аварий на МТ СУГ;

- анализ существующих методик по оценке риска аварий на МТ для разработки рекомендаций по расчету ожидаемой частоты аварий на участках проектируемых МТ с учетом современных проектных решений и компенсирующих мер безопасности;

- исследование традиционных и новых способов обеспечения безопасности при прокладке МТ вблизи населенных территорий, включая проблему установления и обоснования критериев приемлемого риска гибели людей в промышленных авариях;

- анализ особенностей аварийных выбросов СУГ, учитываемых при моделировании и оценке последствий аварий для ранжирования факторов, влияющих на размеры зон поражения и безопасные расстояния от МТ СУГ;

- разработка способа обоснования безопасных расстояний от МТ СУГ до объектов с присутствием людей;

- апробация разработанного способа обоснования безопасных расстояний размещения МТ СУГ и обобщение результатов его практического применения.

Методы решения поставленных задач

Для решения поставленных задач были использованы методы исследования: сбора и обработки данных - описание, обобщение, анализ и синтез, выявление закономерностей, факторный анализ; математической статистики, теории вероятностей; моделирования возникновения и развития аварий и их последствий; методология анализа риска аварий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен риск-ориентированный подход для научно-технического

обоснования безопасных расстояний от МТ СУГ до объектов с присутствием людей,

основанный на расчетах зон действия поражающих факторов максимальной

4

гипотетической аварии (МГА) и на количественной оценке риска поражения людей при авариях.

2. Предложен принцип оценки ожидаемой частоты аварий на участках проектируемых и реконструируемых МТ с учетом возможности внедрения компенсирующих и организационно-технических мер обеспечения безопасности.

3. На основе результатов апробации риск-оринтираванного подхода обоснования безопасных расстояний проранжированы по степени опасности технологические и внешние факторы, влияющие на размеры зон поражения и безопасные расстояния от МТ СУГ, а также выявлены функциональные зависимости между технологическими параметрами МТ СУГ (диаметр, давление в трубопроводе) и интенсивностью аварийного истечения, условиями рассеяния в момент аварии и расстояниями дрейфа образовавшегося облака TBC. Оценена степень влияния частоты разгерметизации МТ, в т.ч. при исключении протяженных трещин, а также типичных метеоусловий на территориальное распределение потенциального риска гибели людей.

4. По результатам проведенного анализа риска аварий на шести МТ для транспортирования широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) общей протяженностью более 2 тыс. км разработаны рекомендации по определению безусловно безопасных расстояний (по максимальному размеру зон поражения при МГА)' для типовых линейных участков МТ ШФЛУ.

Личный вклад автора состоит в:

- непосредственном участии в проведении расчетов по анализу риска аварий в рамках разработки специальных технических условий для разработки проектной документации (СТУ) и деклараций промышленной безопасности на продуктопроводы для транспортирования ШФЛУ;

- анализе результатов и обобщении опыта научного коллектива ЗАО НТЦ ПБ по оценке риска аварий на МТ СУГ в единый научно-методический подход к обоснованию безопасных расстояний от МТ СУГ до объектов с присутствием людей;

- проведении анализа статистических данных по аварийности на российских и зарубежных МТ;

- разработке рекомендаций по оценке ожидаемой частоты аварий на участках проектируемых МТ, позволяющих учесть современные компенсирующие меры обеспечения безопасности;

- получении инженерных зависимостей и рекомендаций для предварительной оценки безусловно безопасных расстояний при выборе коридора прокладки трасс проектируемых МТ ШФЛУ на основании анализа результатов практических работ по

5

оценке риска аварий;

- апробации результатов работы при написании статей, тезисов, докладов, участии в конференциях и научных семинарах.

Практические результаты работы

Результаты работы использованы при разработке Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности для опасных производственных объектов магистральных трубопроводов» в части подходов к определению минимальных безопасных расстояний от МТ СУГ, а также в декларациях промышленной безопасности и СТУ для разработки проектной документации на ряд объектов ОАО «Сибур Холдинг», в т.ч. на продуктопроводы для транспортирования ШФЛУ: «Пуровский ЗПК - Южно-Балыкская головная насосная станция», «Южно-Балыкская головная насосная станция — Тобольск-Нефтехим», «Губкинский ГПЗ — Нижневартовский ГПЗ - Южно-Балыкский ГПЗ - Тобольский НХК», «Сургут - Южный Балык», о чем имеются соответствующие акты внедрения (использования) результатов настоящего исследования.

Результаты работы могут применяться при проектировании, разработке СТУ, декларировании и обосновании промышленной и пожарной безопасности продукгопроводов, транспортирующих СУГ.

Необходимая и достаточная степень достоверности, обоснованность результатов работы подтверждаются их непротиворечивостью и соответствием общепринятым научным и практическим данным в области предупреждения аварийности и травматизма на опасных производственных объектах; обусловлены комплексным использованием известных, проверенных практикой теоретических и практических методов исследования в сфере обеспечения безопасности сложных социо-технических систем; удостоверяются практикой продуктивного использования проектными организациями разработанного способа риск-ориентированного обоснования минимально безопасных расстояний при размещении новых и реконструкции действующих российских магистральных продукгопроводов СУГ.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- XXII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности» (Москва, 19-20.05.2010);

- 18-м научном семинаре «Промышленная безопасность. Крупные промышленные аварии: опасности, угрозы, вызовы» (Москва, 24.05.2010);

- Международной научно-практической конференции «Анализ промышленных

б

рисков как основа принятия решений по повышению безопасности промышленных объектов» (Киев, Украина, 22-24.09.2010);

- тематическом семинаре «Об опыте декларирования промышленной и пожарной безопасности и страхования ответственности. Развитие методов оценки риска аварий на опасных производственных объектах» (Москва, 28—29.10.2010);

- IV Всероссийской научно-технической конференции «Безопасность критичных инфраструктур и территорий» (Екатеринбург, 24-27.05.2011);

- IV Международной научно-технической конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее», 0X5-2011 (Москва, 26-27.10.2011);

- VII Международной научно-технической конференции «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта» (Новополоцк, Республика Беларусь, 22-25.11.2011);

- III Национальном конгрессе «Комплексная безопасность в строительстве». Круглый стол «Повышение безопасности зданий и сооружений в процессе строительства и эксплуатации» (Москва, 22-25.05.2012);

- тематическом семинаре «Об опыте декларирования промышленной безопасности и страхования ответственности. Обоснование безопасности опасных производственных объектов. Развитие методов оценки риска аварий на опасных производственных объектах» (Москва, 14.10.2013).

Публикации

Основные результаты исследований изложены в 11 печатных работах, в том числе в 7 статьях в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Применение риск-ориентированного подхода, основанного на расчетах максимальных зон поражения и использовании вероятностных критериев безопасности, для обоснования безопасных расстояний от МТ СУГ до объектов с присутствием людей.

2. Принцип оценки частоты аварии на проектируемых и реконструируемых участках линейной части МТ с учетом современных мер по обеспечению безопасности.

3. Результаты анализа факторов, влияющих на размеры зон поражения людей, определяемых дрейфом и сгоранием облака смеси паров СУГ с воздухом, и безопасные расстояния, а именно — рабочее давление, диаметр МТ, метеоусловия.

4. Рекомендации по предварительному определению безусловно безопасных расстояний на ранних сроках проектирования и размещения коридоров трасс МТ СУГ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 121 страниц основного текста, 18 рисунков, 25 таблиц, список литературных источников из 111 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и основные задачи исследования, показаны ее научная новизна и практическая ценность, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ опасностей аварий на МТ и представлен аналитический обзор российских и зарубежных статистических данных по аварийности и описательный обзор уникальных крупных аварий на МТ.

Оценка современного состояния аварийности на МТ России проводилась на основании сведений годовых отчетов и информационных бюллетеней Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор). Кроме этого настоящий анализ включал материалы баз данных и отчетов по аварийности ведущих организаций, систематизирующих сведения об отказах на МТ: ЕОЮ (европейские газопроводы), 1ЖОРА (магистральные газопроводы Великобритании), СОКСА\*/Е (западно-европейские магистральные нефтепроводы), РНМБА (МТ США).

В работе исследованы особенности баз данных по аварийности: состав рассматриваемого оборудования, полнота охвата аварийных и предаварийных событий, отличия в детальности собираемых данных и представлении итоговой информации. Выявлены и проанализированы отличия в технологических параметрах российских и зарубежных МТ (основные из них - диаметр и толщина стенки труб) и ограничения, которые накладывают эти отличия для использования (экстраполяции) зарубежной статистики для МТ РФ (в первую очередь - при оценке влияния технологических параметров на аварийность).

На основании анализа статистических данных по аварийности:

- определена фоновая интенсивность аварий, характеризующая современное состояние аварийности на российских МТ - около 0,1 ав./год/ЮОО км;

- выявлено сходство (с точностью до порядка величины) по удельным показателям аварийности на российских и зарубежных МТ;

- оценены показатели риска гибели людей при авариях на российских МТ:

условная вероятность аварий с гибелью людей (0,04+0,09);

интенсивность аварий с гибелью людей (0,006+0,013 ав./год/ЮОО км);

вероятность гибели людей при авариях (0,008+0,017 чел./год/ЮОО км).

8

Анализ происшедших аварий выявил характерные отличия в причинах возникновения аварий на российских МТ по сравнению с зарубежными аналогами -врезки для хищения на нефтепроводах, коррозионное растрескивание под напряжением на газопроводах большого диаметра.

Уточнение вероятностного распределения размеров дефектных отверстий на основе анализа отраслевой статистики по инцидентам и авариям на российских МТ позволило выделить четыре характерных размера дефектных отверстий и оценить частоту их возникновения для отечественных МТ (таблица 1).

Таблица 1 - Доли аварийных разгерметизаций с характерными размерами дефектных отверстий

Характерный размер дефектного отверстия Доля аварийных разгерметизаций данного типа

«Свищ» (до 15 мм) 0,7

Малая трещина (до 0,3 ОЫ1 включительно) 0,165

Средняя трещина (до 0,75 БМ включительно) 0,105

Крупная трещина, «разрыв» характерным размером до 1,5 ЭК 0,030

Кроме того, оценены условные вероятности воспламенения при аварийной разгерметизации для различных транспортируемых веществ, в т.ч. для МТ СУГ -0,03-0,33 (таблица 2).

Таблица 2 — Условная вероятность воспламенения аварийных утечек СУГ в зависимости от размера аварийного отверстия

Тип отверстия аварийной разгерметизации Условная вероятность воспламенения

«Свищ» 0,03

Малая и средняя трещины 0,13

«Разрыв» 0,33

Все 0,11

Полученные при анализе статистические данные по интенсивности аварий и вероятностям воспламенения утечек в дальнейшем использованы в работе при оценке частоты возникновения аварий и уточнения типового дерева событий развития аварий на МТ.

1 - номинальный диаметр трубопровода.

Качественное описание некоторых известных крупных аварий на МТ с гибелью людей показало, что при оценке безопасности объектов МТ (в т.ч. при определении минимальных безопасных расстояний) следует принимать во внимание социальные и экономические последствия катастрофических (максимальных гипотетических) аварий. Несмотря на относительную редкость подобных аварий, их следует включать в моделирование возможных аварийных ситуаций при обосновании безопасности.

В работе были изучены и проанализированы аварии с поражающими факторами на МТ опасных жидкостей и СУГ. Анализ показал, что при разгерметизации МТ СУГ возможно образование пожаровзрывоопасных облаков TBC, причем зоны действия поражающих факторов при известных авариях достигали нескольких километров.

Знания о крупных авариях дают представление прежде всего о возможных зонах поражения, о последовательности развития аварий и их исходах, а также позволяют оценить защищенность людей от максимальных последствий аварий.

Во второй главе рассматривается один из основных способов обеспечения безопасности людей — «защита расстоянием».

В работе приведен обзор существующих подходов к вопросу размещения трубопроводов в непосредственной близости от городских (густонаселенных) территорий в России и за рубежом. Анализ зарубежной практики показал фактический отказ от установления безопасных расстояний между трубопроводами и объектами воздействия в пользу «защиты временем» (сокращение времени случайного нахождения людей в опасных зонах и снижение вероятности перерастания инцидентов в крупные аварии).

Исследования возможных способов определения безопасных расстояний от МТ до объектов с присутствием людей2 указывают на их непосредственное сопоставление с возможными зонами действия поражающих факторов аварий на МТ, которые устанавливаются на основе:

1. фактических данных о наблюдавшихся зонах поражения происшедших крупных промышленных аварий на МТ (фактологический или апостериорный подход);

2. расчета зон поражения при МГА на МТ (типовом и/или заданном);

3. оценки риска гибели людей и/или иных ущербов от аварии на типовом и/или заданном МТ.

Адекватность получаемых оценок размеров безопасных расстояний базируется: в первом случае на представительности статистических данных об известных крупных

2 Объекты с присутствием людей (ОПЛ) - населенные пункты, здания, сооружения, транспортные пути и другие объекты с постоянным или временным присутствием людей.

10

авариях на МТ; во втором — определяется степенью консервативности при выборе рассчитываемого сценария МГА и использовании подходящих расчетных методик; в третьем — на учете вероятности возникновения аварии с различными последствиями и выборе критериев приемлемого (допустимого) риска аварии. В любом из этих подходов могут использоваться «коэффициенты запаса», компенсирующие неполноту существующих знаний и представлений об аварийности на МТ.

По результатам рассмотрения различных способов определения безопасных расстояний от МТ до объектов воздействия сделан вывод, что детерминистские подходы, которые применимы в большинстве случаев для газо- и нефтепроводов, для трубопроводов СУГ, не позволяют реализовывать проекты по строительству и реконструкции продуктопроводов ШФЛУ и нестабильных конденсатов вследствие невозможности прокладки их трасс на «абсолютно безопасном» удалении от соседних объектов.

В целях обеспечения безопасности людей в условиях сложившихся ландшафтных или инфраструктурных ограничений в качестве компромисса могут устанавливаться минимально безопасные расстояния (МБР) от оси линейной части магистрального трубопровода до объектов с присутствием людей, например, с ограничением по потенциальному или индивидуальному риску гибели людей, с обязательным обоснованием соответствующих компенсирующих мероприятий. Для решения этой проблемы в настоящей работе предложено использовать методологию анализа опасности и количественной оценки риска.

Разработан следующий алгоритм количественной оценки степени риска для обоснования безопасных расстояний от магистральных трубопроводов СУГ до объектов с присутствием людей:

1. Идентификация опасностей аварий и определение участков сближения.

2. Расчет зон поражения и выделение высокоопасных участков для проведения количественной оценки риска.

3. Расчет значений показателей риска аварии на выделенных участках МТ. Построение полей потенциального риска.

4. Оценка минимальных безопасных расстояний. Разработка рекомендаций по снижению риска аварии для участков, лежащих вне зон приемлемого риска.

Блок-схема алгоритма риск-ориентированного подхода оценки безопасных расстояний от МТ до объектов с присутствием людей приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Блок-схема алгоритма риск-ориентированного подхода оценки безопасных

расстояний для МТ СУГ

В работе также определены особенности аварийных выбросов на

продуктопроводах СУГ и выделены типовые сценарии аварий на них. Наибольшая

опасность аварий на продуктопроводах СУГ связана с возможностью дрейфа и сгоранием облаков TBC.

Для определения безусловно безопасных расстояний и высокоопасных участков необходимо и достаточно рассчитать расстояние дрейфа облака TBC с сохранением способности к воспламенению (критерий - концентрация в облаке 0,5 НКПВ). Для объектов, расположенных за пределами зоны действия поражающих факторов МГА проведение количественной оценки риска нецелесообразно.

Вместе с тем в работе приведен краткий обзор основных методических документов и допущений, связанных с их применением для расчета зон поражения при авариях на продуктопроводах СУГ. По результатам критического анализа существующих методик по оценке частоты аварий на МТ отмечены трудности их применения для новых и проектируемых МТ, в т.ч. связанные с избыточной конкретизацией условий прокладки, но недостаточным учетом компенсирующих мероприятий, повышающих надежность проектируемого МТ по сравнению со среднестатистическим эксплуатируемым. Для устранения этого методического недостатка в работе предложен способ оценки частоты аварийных утечек Х.„ на проектируемых (реконструируемых) участках МТ ШФЛУ, учитывающий влияние антропогенных и природных особенностей прокладки и компенсирующих мероприятий на степень риска аварии:

= р-кк, (1)

где X - средняя ожидаемая интенсивность аварий, определяемая как средняя интенсивность аварий за последние 5 лет для действующих российских МТ;

кр — повышающий коэффициент «размещения МТ», учитывающий отличия в антропогенных и природных условиях прокладки участка МТ. Рассчитан в работе для различных типовых участков по Методике балльной оценки факторов влияния состояния проектируемых магистральных нефтепроводов/ нефтепродуктопроводов на степень риска аварии. По результатам расчетов для участков линейной части МТ, проходящих через зоны с повышенной плотностью населения, кр=1,5; кК - понижающий коэффициент «целостности МТ», учитывающий технические решения по повышению надежности МТ и компенсирующие мероприятия:

1-1 А

где Pi — весовой коэффициент, показывающий степень влияния группы мер (технических решений) на устойчивость МТ ко всем рассматриваемым воздействиям (таблица 3);

гПк, - коэффициент, показывающей снижение аварийности по соответствующей причине при применен™ каждого технического решения (таблица 4). Таблица 3 — Степень влияния технических решений на устойчивость МТ ко всем

рассматриваемым воздействиям

/ Причины Весовой коэффициент P¡

1 Механическое воздействие при проведении земляных работ 0,25

2 Брак строительства (изготовления), конструктивные недостатки 0,39

3 Ошибка персонала, нарушение процесса перекачки 0,16

4 Коррозия, износ оборудования 0,10

Таблица 4 - Оценка влияния технических решений на вероятность возникновения аварий

(пример)

к Технические решения Коэффициент снижения аварийности по i-й причине, m

Pi Р2 Рз Р4

1 Увеличение толщины стенки трубы Отношение принятого в проекте значения толщины стенки на данном участке йфт к расчетному значению брас,(п. 8.15* СНиП 2.05.06-85*): бфакт/брасч ,25 0 0 1

1,25 < бфакт/брасч ¿1,8 0,5 - 0,7 1

бфакт/брасч >1,8 0,9 - 1 1

2 Увеличение глубины заложения продуктопровода до 2 м (для нормальных грунтов) 0,9 - -

Установка опознавательных знаков с интервалом не более 100 м и укладка в траншею сигнальной ленты 0,4 - -

Устройство защитного футляра, кожуха 0,7 - - -

Прокладка с использованием технологии наклонно-направленного бурения 0,8 - -

Прокладка с использованием технологии микротоннелирования 1 - - -

3 Применение усиленного защитного покрытия труб и соединительных деталей - - - 0,8

100 % резервирование электрохимической защиты - - - 0,5

4 Проведение первичной ВТД и устранение выявленных дефектов до ввода продуктопровода в эксплуатацию - 0,8 - -

5 Повышение требований к частоте проведения последующей диагностики - - 0,5 1

6 Повышение требований к испытаниям на прочность и герметичность - 0,4 - -

7 Контроль 100 % качества сварных монтажных соединений труб не менее чем двумя методами неразрушающего контроля - 0,4 - -

Учтена возможность ограничения размеров зон действия поражающих факторов при исключении (снижении вероятности) образования крупных трещин в случае применения трубной стали повышенной вязкости, стойкой к развитию трещин, либо ограничении кольцевых напряжений в трубе.

Для адекватной оценки опасности аварий на проектируемых МТ предложено использование показателей, характеризующих интенсивность возникновения аварий со смертельными несчастными случаями: частота гибели одного (любого), 10, 30 и более человек (социальный риск, иллюстрируемый РЫ-кривой) либо в отсутствии данных о распределении людей - показателя потенциального риска гибели человека.

Величина потенциального риска в определенной точке с координатами (хо, го) вдоль оси трубопровода определяется по формуле:

*™у„ Л~0(дг)

Р(х0,г0)= } Чх)-^дк-дпорк(х,х0,г0^ху (3)

*тш рог к°{

где Х(х) - удельная частота разгерметизации МТ в точке с координатой х вдоль оси магистрального трубопровода, год"1-км"1;

Ко(х) - число сценариев развития аварии в точке с координатой х вдоль оси магистрального трубопровода;

(2к - условная вероятность реализации к-го сценария развития аварии; (2порк(х,хо,го) - условная вероятность поражения человека в точке территории с координатой (х0,г0) в результате реализации к-го сценария развития аварии, происшедшей в точке МТ с координатой х.

Выбор показателя и обоснование критерия приемлемого риска гибели человека в аварии на МТ является определяющим для обоснования МБР с использованием методов количественной оценки риска.

В работе предложена концепция установления критериев приемлемого риска на основе классификации территорий по уязвимости3 с учетом особенностей восприятия опасностей аварий в массовом сознании.

Для адекватного сравнительного восприятия уровня опасности в настоящем исследовании предложена к использованию безразмерная величина - децибел риска гибели человека (дБргЧ):

^«=1018^-, (4)

Под уязвимостью в настоящем исследовании понимается возможность нанесения на данном объекте

максимального ущерба (в т.ч. с учетом подготовленности людей к действиям при аварии) и его

общественное восприятие (социальная значимость).

где Я - измеряемая величина риска, год"1;

Ло - фоновый уровень риска (йо), год"1.

В качестве фонового уровня Но принят риск гибели людей в пожарах и ДТП в России за последние 5 лет (как наиболее привычных техногенных опасностях для большинства рискующих людей), Л0 =3-10~4 год"1.

Преимуществами использования децибелов являются удобство отображения и сравнительного анализа рассчитанных величин. Пример предложенной в работе классификации ОПР по уязвимости и установления критериев приемлемого риска в относительных (индексных) единицах измерения опасности аварии на МТ представлен в таблице 5

.Таблица 5 - Пример классификации территории по уязвимости

Индекс уязвимости Классификация территории, ОПР Риск гибели человека Сравнение с фоновым риском

дБргЧ год"1

0 Зона с временным нахождением персонала эксплуатирующей организации 0 ЗхЮ4 Уровень фонового риска

1 Зона с постоянным (в течение рабочей смены) нахождением персонала эксплуатирующей организации -10 ЗхЮ"5 Меньше в10 раз

2 Соседние промышленные и сельскохозяйственные объекты -20 ЗхЮ"6 Меньше в 100 раз

3 Транспортные коммуникации, отдельно стоящие жилые дома, дачные участки -30 3x10'7 Меньше в 1 тыс. раз

4 Населенные пункты, объекты социальной инфраструктуры, рекреационные зоны -40 ЗхЮ"8 Меньше в 10 тыс. раз

По рассчитанному показателю потенциального риска с учетом обоснованных критериев приемлемости устанавливаются минимальные безопасные расстояния до объектов сближения. В случае если расстояние сближения участка проектируемого МТ с населенным пунктом меньше рассчитанного МБР, требуется либо перенос трассы МТ, либо применение дополнительных мер по обеспечению безопасности и проверочный пересчет рисков (см. алгоритм, рисунок 1).

В третьей главе проведено обобщение результатов применения разработанного риск-ориентированного подхода определения безопасных расстояний от действующих, реконструируемых и проектируемых продуктопроводов ШФЛУ в Тюменской области (шесть МТ ШФЛУ общей протяженностью более 2 тыс. км).

Основные результаты расчетов безусловно безопасных расстояний (по зонам действия поражающих факторов МГА) и минимальных безопасных расстояний (по критериям приемлемого риска гибели людей) от МТ ШФЛУ до объектов с присутствием людей представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Обобщение результатов практических работ по анализу риска аварий на МТ ШФЛУ

Параметры МТ ШФЛУ Зона действия поражающих факторов при МГА (0,5 НКПВ/ НКПВ), м Интенсивность аварий, 1/год/ЮОО км Расстояние, м, на котором достигается потенциальный риск гибели человека, год-1

1-Ю"8 1-Ю"7 1-10~6

DN 250, Рраб = 4,4 МПа 670/ 260 0,13 350 120 -

DN500 Рро6 =3,3 МПа 1150/ 0,13 1000 600 300

DN 500 Рраб= 6,3 МПа 2200/1210 0,19 1250 1160 330

DN 500 Рраб =4 МПа 1660/980 0,012 (0,12)* 990 (1050) 275 (950) - (270)

DN700 Рра6 =2,5 МПа 1650/610 0,13 1500 1000 500

DN700 Рраб = 4,1 МПа 2400/1320 0,019 1400 900 - .

Приведены значения для проектируемого МТ, в скобках - для существующего МТ.

Как видно из таблицы 6, безопасное расстояние согласно предложенному способу обоснования есть функция зон действия поражающих факторов возможных аварий и вероятности их реализации.

По результатам проведенных исследовательских и проектных работ проранжированы по степени опасности основные факторы, влияющие на размеры зон поражения и безопасные расстояния от МТ СУГ. К наиболее значимым факторам, относятся технологические параметры МТ (диаметр трубопровода, распределение давления), метеоусловия, а также выбор критериев приемлемого риска.

На основании обобщения результатов работ были получены типовые зависимости

интенсивности выброса от давления в трубопроводе для различных размеров аварийных отверстий, пригодные для проектирования МТ в инженерной практике (рисунок 2).

МТ DN 700 (трещина 1,5 DN)

♦ S=0,Q700 м2 » S=0.0350 м2 ■ S=0.0175 м2 xS=0.0088 м2 *S=0.0028 м2

МТ DN SOG (трещина 1.5 DN)

; DN)

МТ DN 500 (трещина 0.75 DN)

"X МТ QW -550 /-гтгамыыа 1 5 П Wi

Ч I P'-'l_¡11MJ и,/О U14)

3 4 5

Давление в трубопроводе. МПа

Рисунок 2 - Зависимость средней интенсивности аварийного выброса от давления перекачки для различных размеров аварийных отверстий

Основным фактором, влияющим на интенсивность аварийного истечения, является площадь отверстия разгерметизации: при увеличении размера отверстия в 2 раза интенсивность выброса возрастет в 1,7-2 раза.

При увеличении давления на участке МТ в 3 раза (в характерном диапазоне с 2 до 6 МПа) интенсивность утечки для крупных и средних трещин увеличивается в 1,7-2 раза, а для малых - в 1,4-1,6 раза.

Зависимость интенсивности выброса на расстояние дрейфа облака TBC4 при различных условиях рассеяния приведена на рисунке 3.

4 При вскипании около 30 % массы выброса.

2500

2000

ю 1500

1000

•К

■ 1А »Зй «5Р

500

SaS'0л.'■^ ■■ " ♦♦ ♦ оЮЭ

? i <1

□ О А ■

О 500 1000 1500 2000 2500 3000

Расстояние рассеяния до 0.5 НКПВ. м

Рисунок 3 - Зависимость расстояния рассеяния шлейфа выброса до 0,5 НКПВ от интенсивности аварийного выброса при различных состояниях атмосферы

Анализ полученных зависимостей показал, что с возрастанием на порядок интенсивности выброса расстояние дрейфа облака увеличивается примерно втрое.

Также на расстояние дрейфа сильно влияет изменение условий рассеяния5. Из рассчитанных типичных условий рассеяния наибольшие расстояния дрейфа возможны при плохих условиях рассеяния: при сильной инверсии (Б) расстояние дрейфа будет в 1,6-1,7 раза больше, чем при сильной конвекции (А), и в 2,4-2,5 раза больше, чем при нейтральном состоянии атмосферы (Б). Рассмотрено также влияние скорости ветра для нейтральной атмосферы (О): при увеличении скорости ветра с 3 до 10 м/с зоны рассеяния уменьшаются в 1,6 раза.

Среди факторов, влияющих на вероятность возникновения аварии и реализацию ее последствий (размеров зон поражения), исследовано влияние общей вероятности разгерметизации, условной вероятности образования крупных трещин, вероятности реализации плохих условий рассеяния (низкая скорость ветра, инверсия) (рисунок 4).

5 Далее используется классификация по Паскуиллу.

1.Е-05

1.Е-06

1.Е-07

1.Е-08

1.Е-09

-1 "фазовый" вариант;

_2 изменение типичных метеоусловий (увеличение

доли инверсий с 0,05 до 0,25); -3 сокращение частоты разгерметизации в 10 раз; 4 снижение доли крупных трещин в 10 раз

о/ :

Рисунок 4 - Основные факторы, влияющие на распределение потенциального риска (на примере МТ ШФЛУ ОЫ 700, Р=3,8 МПа)

На основе полученных инженерных зависимостей (рисунки 2, 3) даны рекомендации по определению безусловно безопасных расстояний по технологическим параметрам для типовых МТ ШФЛУ (таблица 7).

Таблица 7 - Ориентировочные безопасные расстояния (рассеяние облака до концентрации 0,5 НКПВ) для МТ СУГ с типовыми параметрами

Параметры трубопровода Безопасные расстояния, м (в скобках — при применении технических решений по исключению крупных трещин)

ОН 250, Р=1,5-4 МПа 800-1000 (500-700)

01М 500, Р=2—6 МПа 1500-2000 (800-1200)

ОЫ 700, Р=2—6 МПа 2000-2500 (1200-1500)

Полученные значения могут приниматься для предварительного ориентирования трассы на начальном этапе выполнения изыскательских работ для оценки безопасности людей и выделения отдельных критичных участков опасных сближений. Значения в таблице 7 следует считать ориентировочными, т.к. они не учитывают конкретный компонентный состав, температуру транспортирования, конкретные метеорологические условия в районе прокладки продуктопровода, особенности рельефа местности.

Применение разработанного риск-ориентированного подхода позволяет построить карту опасностей для каждого конкретного участка МТ СУГ, на основании которой можно принять взвешенное решение по обоснованию безопасных расстояний до объектов сближения. Пример построения такой карты, иллюстрирующей соотношения безопасных расстояний, оцененных по разным подходам, приведен на рисунке 5.

О 1000 2000 3000 4000 5000

и - оценка безопасного расстояния до населенных пунктов по СНиП 2.05.06-85*;

Ь2 - безусловно безопасные расстояния, установленные на основе моделирования МГА для типового и конкретного трубопровода;

ЬЗ - минимальные безопасные расстояния, оцененные по критериям приемлемого риска 10"6 и 10 * год"1

Рисунок 5 - Схематическое отображение результатов определения безопасных расстояний по разным подходам (на примере МТ ШФЛУ ОК 700, Р=3,8 МПа)

Из рисунка 5 видно, что при обосновании безопасности размещения МТ СУГ по различным критериям «безопасные» расстояния существенно меняются. Важно понимать, что расстояния, оцененные с учетом вероятности («минимальные безопасные»), не являются такими же безопасными, как оцененные по зонам действия поражающих факторов МГА.

По результатам использования модели на основе исследования влияния технических характеристик МТ и окружающих условий предложен инженерный подход к оценке безопасных расстояний (рисунок 6).

По результатам моделирования возникновения и развития аварий на проектируемых и реконструируемых МТ ШФЛУ и на основе исследования влияния технических характеристик МТ и окружающих условий разработан типовой инженерный подход к оценке безопасных расстояний для обоснования промышленной безопасности при проектировании и реконструкции высокоопасных участков линейной части МТ ШФЛУ (рисунок 6).

Рисунок 6 - Схема типового инженерного подхода оценки безопасных расстояний при обосновании безопасности высокоопасных участков МТ ШФЛУ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе обобщения и анализа данных по аварийности на отечественных и зарубежных магистральных трубопроводах обоснованы исходные вероятности разгерметизации, частоты образования дефектных отверстий характерных размеров, условные вероятности аварий с воспламепением, формализованы и категоризированы основные причины возникновения аварий на магистральных трубопроводах.

2. Разработаны научно-технические рекомендации по оценке ожидаемой частоты аварий на участках проектируемых магистральных трубопроводов, учитывающие необходимость внедрения современных организационно-технических мер обеспечения промышленной безопасности.

3. Определены основные особенности аварийных выбросов сжиженных углеводородных газов, учитываемые при оценке наиболее тяжелых последствий аварий (двухфазное истечение, дрейф и сгорание облака топливно-воздушных смесей).

4. Проранжированы по степени значимости факторы, влияющие на размеры зон поражения и безопасные расстояния от магистральных трубопроводов, транспортирующих широкую фракцию легких углеводородов при моделировании возникновения и развития аварии на них. К наиболее значимым факторам влияния относятся диаметр трубопровода, метеоусловия, а также выбор критериев приемлемого риска. Построены инженерные диаграммы для определения влияния наиболее значимых факторов на безопасные расстояния от магистральных трубопроводов для транспортирования широкой фракции легких углеводородов.

5. Классифицированы способы обеспечения безопасности людей от аварий на магистральных трубопроводах, включая защиту расстоянием и/или временем. Разработан алгоритм, позволяющий оценить безусловно безопасные расстояния от магистральных трубопроводов, а для участков, где соблюдение таких расстояний невозможно ввиду инфраструктурных и прочих ограничений, предложен риск-ориентированный подход к обоснованию минимальных безопасных расстояний, позволяющий учитывать внедрение новых организационно-технических решений по обеспечению безопасности на магистральных трубопроводах сжиженных углеводородных газов.

6. По результатам апробации разработанного риск-ориентированного подхода для определения безопасных расстояний для шести магистральных трубопроводов, транспортирующих широкую фракцию легких углеводородов разработаны проектные рекомендации для оценки безусловно безопасных расстояний размещения коридора прокладки трассы за пределами зон действия поражающих факторов максимальной гипотетической аварии.

Перспективы дальнейшей разработки темы:

- исследование термодинамических свойств нестандартных составов сжиженных углеводородных газов и их влияния на безопасные расстояния;

- совершенствование моделей аварийного распространения сжиженных углеводородных газов с учетом рельефа местности;

- совершенствование модели истечения многофазной среды;

- сбор и накопление статистических данных о промышленных авариях с участием сжиженных углеводородных газов для построения и уточнения деревьев событий последствий аварий на магистральных трубопроводах сжиженных углеводородных газов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в ведущих рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Лисанов М.В., Гражданкин А.И., Пчельников A.B., Савина A.B., Сумской С.И. Анализ риска аварий на нефтепроводных системах БТС и МН «Дружба» // Безопасность труда в промышленности. - 2006. - № 1. - С.34-40.

2. Лисанов М.В., Гражданкин А.И., Савина A.B. Разработка специального технического регламента о безопасности объектов трубопроводного транспорта // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. - 2006. -№ 1. - С. 15-18.

3. Савина A.B., Пчельников A.B., Сумской С.И. Об изменении показателей риска аварий при реконструкции опасного производственного объекта// Безопасность труда в промышленности. - 2007. — № 3. - С.60-63.

4. Лисанов М.В., Сумской С.И., Савина A.B., Шанина Е.Л., Лесняк А.Е., Таран А.И., Наумович И.В. Анализ риска магистральных нефтепроводов при обосновании проектных решений, компенсирующих отступления от действующих требований безопасности И Безопасность труда в промышленности. — 2010. - № 3. - С.58-66.

5. Лисанов М.В., Савина A.B., Дегтярев Д.В, Самусева Е.А. Анализ российских и зарубежных данных по аварийности на объектах трубопроводного транспорта // Безопасность труда в промышленности. - 2010. - № 7. - С.16-22.

6. Савина A.B., Сумской С.И., Лисанов М.В. Анализ риска аварий на магистральных трубопроводах при обосновании минимальных безопасных расстояний // Безопасность труда в промышленности. - 2012. - № 3. - С.58-63.

7. Жулина С.А., Лисанов М.В., Савина A.B. Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах и нефтепродуктопроводах

// Безопасность труда в промышленности. - 2013. - № 1. — С.50-55.

24

В других изданиях:

1. Лнсанов М.В., Савина A.B., Самусева Е.А., Сумской С.И. Аварийность на морских нефтегазовых объектах» // Oil and Gas Journal Russia. - 2010,- № 5 (39).- C.48-53.

2. Савина A.B. Определение минимальных безопасных расстояний от магистральных трубопроводов до населенных пунктов, зданий и сооружений / Савина A.B., Гражданкин А.И. // Сборник материалов международной научно-технической конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее», GTS-2011, Москва, 2011, Т. 1. С. 320-324.

3. Савина A.B. Актуализация методического руководства по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах / Лисанов М.В., Гражданкин А.И., Дегтярев Д.В., Савина A.B., Самусева Е.А., Сумской С.И // Сборник материалов VII международной научно-технической конференции «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта». - Новополоцк, 2011. - С.17-18.

4. Савина A.B., Лисанов М.В., Сумской С.И. Анализ риска для обоснования минимальных безопасных расстояний от магистральных трубопроводов до населенных пунктов, зданий и сооружений // Электронный журнал «Предотвращение аварий зданий и сооружений» Дата публикации: 2012-10-10. - Режим доступа: http://www.pamag.ru/pressa/estimate_safe-dist (дата обращения - 01.11.2013).

Подписано в печать 21.11.2013. Формат 60x84 1/16. Гарнитура Times. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем 1,0 изд. д., 1,5 печ. л. Заказ № 917. Тираж 100 экз.

Подготовка оригинал-макета и печать Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности» 105082, г. Москва, Переведеновский пер., д. 13, стр. 14

Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности» (ЗАО НТЦ ПБ)

Савина Анна Вячеславовна

АНАЛИЗ РИСКА АВАРИЙ ПРИ ОБОСНОВАНИИ БЕЗОПАСНЫХ РАССТОЯНИЙ ОТ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА ДО ОБЪЕКТОВ С ПРИСУТСТВИЕМ ЛЮДЕЙ

Специальность 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовый комплекс)»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - д.т.н. Лисанов Михаил Вячеславович

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................................................4

ГЛАВА 1. АВАРИЙНОСТЬ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ..................................9

1.1 Анализ российских и зарубежных статистических данных по аварийности на объектах трубопроводного транспорта.................................................................................................9

1.1.1 Краткое описание объектов исследования............................................................................9

1.1.2 Интенсивность аварий на магистральных трубопроводах................................................16

1.1.3 Анализ причин произошедших аварий...............................................................................20

1.1.4 Оценка частоты образования дефектных отверстий разных размеров............................21

1.1.5 Аварии с воспламенением....................................................................................................24

1.1.6 Оценка влияния конструктивных особенностей и условий окружения на аварийность........................................................................................................................................25

1.2 Крупные аварии и катастрофы на магистральных трубопроводах..........................................27

Выводы к главе 1...................................................................................................................................38

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ МИНИМАЛЬНЫХ БЕЗОПАСНЫХ РАССТОЯНИЙ ОТ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ДО ОБЪЕКТОВ С ПРИСУТСТВИЕМ ЛЮДЕЙ..................................................................................................................................................40

2.1 Обзор существующих подходов размещения нефтегазовых трубопроводов в непосредственной близости от городских (густонаселенных) территорий....................................40

2.1.1. Размещение российских нефтегазовых магистральных трубопроводов вблизи объектов с присутствием людей......................................................................................................41

2.1.2. Зарубежный опыт по размещению трасс трубопроводов на густонаселенных территориях........................................................................................................................................46

2.2 Способы установления безопасных расстояний от магистральных трубопроводов

до объектов с присутствием людей.....................................................................................................51

2.3 Общий алгоритм количественной оценки риска для обоснования безопасных расстояний от магистральных трубопроводов сжиженного углеводородного газа до объектов с присутствием людей..........................................................................................................53

2.3.1 Идентификация опасностей аварий.....................................................................................56

2.3.2 Расчеты зон поражения и выделение высокоопасных участков.......................................64

2.3.3 Оценка вероятности аварий..................................................................................................68

2.3.4 Оценка риска гибели людей.................................................................................................80

Выводы к главе 2...................................................................................................................................86

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ РИСК-ОРИЕНТИРОВАНОГО ПОДХОДА ОБОСНОВАНИЯ БЕЗОПАСНЫХ РАССТОЯНИЙ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ШФЛУ......................................88

3.1 Неопределенности и ограничения применения расчетной модели..........................................88

3.2 Анализ результатов оценки риска и практики определения безопасных расстояний для магистральных трубопроводов ШФЛУ...................................................................90

3.3 Влияние основных технологических и природных факторов на размеры максимальных зон поражения при авариях на магистральных трубопроводах СУГ....................95

3.4 Характерные зависимости между природно-технологическими факторами и размерами возможных зон поражения при авариях на магистральных трубопроводах ШФЛУ....................................................................................................................................................98

3.5 Расстояния зон поражения максимальных гипотетических аварий для типовых магистральных трубопроводов ШФЛУ............................................................................................103

3.6 Основные результаты определения безопасных расстояний..................................................104

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................................108

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.....................................................110

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................................................111

ВВЕДЕНИЕ

В России создана, функционирует и развивается уникальная по протяженности, производительности и безопасности система магистральных трубопроводов (МТ) нефти, газа и нефтепродуктов. Данные по аварийности и травматизму свидетельствуют о том, что аварии с гибелью людей на российских МТ - достаточно редкие события. Однако в современных урбанистических условиях сближения МТ с населенными пунктами, объектами производственной и транспортной инфраструктуры увеличивается опасность возникновения крупных промышленных аварий с гибелью людей. Наибольшая опасность связана с эксплуатацией МТ, перекачивающих нестабильные углеводородные жидкости (сжиженные углеводородные газы, нестабильный конденсат, широкую фракцию легких углеводородов -далее СУГ), при аварийном выбросе которых могут образовываться облака топливно-воздушных смесей (TBC), способные дрейфовать при неблагоприятных условиях на расстояния в несколько сотен метров с сохранением способности к воспламенению.

К настоящему времени накоплен значительный опыт по моделированию аварийных выбросов, расчету последствий аварий на промышленных объектах и применению методологии анализа риска для оценки опасностей возможных аварий, в т.ч. в работах В.А. Акимова, М.В. Бесчастнова, О.М. Иванцова, A.M. Козлитина, М.В. Лисанова, C.B. Овчарова, Г.Э. Одишарии, A.C. Печеркина, B.C. Сафонова, В.И. Сидорова, С.И. Сумского, С.А. Тимашева, A.A. Швыряева, Ю.Н. Шебеко, Т. Kietz, F. Lees, К. Muhlbauer и других российских и зарубежных исследователей [1-20].

Среди способов обеспечения безопасности людей от аварий наиболее известным и надежным является удаление объектов защиты от источника опасности на достаточное расстояние («защита расстоянием»). Особенно остро вопрос установления безопасных расстояний встает в условиях угроз крупных промышленных аварий с групповой гибелью людей. Хорошо известен пример уфимской катастрофы 1989 года, после которой в СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы» были внесены изменения, устанавливающие крайне пессимистичные минимальные расстояния от продуктопроводов СУГ, на несколько десятилетий фактически затормозившие проектирование и строительство новых подобных объектов.

В связи с государственным Планом развития газо- и нефтехимии России до 2030 года [21] одной из важных проблем обоснования промышленной и пожарной безопасности при проектировании и эксплуатации МТ СУГ является установление минимальных безопасных расстояний до соседних сооружений и объектов инфраструктуры. Решение данной проблемы должно быть основано на результатах анализа современного состояния аварийности,

моделирования выбросов опасных веществ, количественной оценки риска и обоснования критериев безопасности.

Объектом исследования являются опасные производственные объекты линейной части МТ СУГ.

Предмет исследования - обеспечение промышленной безопасности на МТ СУГ, защищенности людей от опасных факторов аварий, оценка безопасных расстояний, в т.ч. с учетом применения компенсирующих мероприятий.

Цель диссертационной работы - научно-техническое обоснование безопасных расстояний от МТ СУГ до объектов с присутствием людей с использованием методологии анализа опасностей и количественной оценки риска аварий (КОР).

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие основные задачи:

- анализ данных по аварийности на отечественных и зарубежных МТ для выявления актуальных тенденций и общих закономерностей возникновения и развития аварий на МТ СУГ;

- анализ существующих методик по оценке риска аварий на МТ для разработки рекомендаций по расчету ожидаемой частоты аварий на участках проектируемых МТ с учетом современных проектных решений и компенсирующих мер безопасности;

- исследование традиционных и новых способов обеспечения безопасности при прокладке МТ вблизи населенных территорий, включая проблему установления и обоснования критериев приемлемого риска гибели людей в промышленных авариях;

- анализ особенностей аварийных выбросов СУГ, учитываемых при моделировании и оценке последствий аварий для ранжирования факторов, влияющих на размеры зон поражения и безопасные расстояния от МТ СУГ;

- разработка способа обоснования безопасных расстояний от МТ СУГ до объектов с присутствием людей;

- апробация разработанного способа обоснования безопасных расстояний размещения МТ СУГ и обобщение результатов его практического применения.

Методы решения поставленных задач

Для решения поставленных задач были использованы методы исследования: сбора и обработки данных - описание, обобщение, анализ и синтез, выявление закономерностей, факторный анализ; математической статистики, теории вероятностей; моделирования возникновения и развития аварий и их последствий; методология анализа риска аварий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен риск-ориентированный подход для научно-технического обоснования безопасных расстояний от МТ СУГ до объектов с присутствием людей, основанный на расчетах

зон действия поражающих факторов максимальной гипотетической аварии (МГА) и на количественной оценке риска поражения людей при авариях.

2. Предложен принцип оценки ожидаемой частоты аварий на участках проектируемых и реконструируемых МТ с учетом возможности внедрения компенсирующих и организационно-технических мер обеспечения безопасности.

3. На основе результатов апробации риск-ориентированного подхода обоснования безопасных расстояний проранжированы по степени опасности технологические и внешние факторы, влияющие на размеры зон поражения и безопасные расстояния от МТ СУГ, а также выявлены функциональные зависимости между технологическими параметрами МТ СУГ (диаметр, давление в трубопроводе) и интенсивностью аварийного истечения, условиями рассеяния в момент аварии и расстояниями дрейфа образовавшегося облака TBC. Оценена степень влияния частоты разгерметизации МТ, в т.ч. при исключении протяженных трещин, а также типичных метеоусловий на территориальное распределение потенциального риска гибели людей.

4. По результатам проведенного анализа риска аварий на шести МТ для транспортирования широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) общей протяженностью более 2 тыс. км разработаны рекомендации по определению безусловно безопасных расстояний (по максимальному размеру зон поражения при МГА) для типовых линейных участков МТ ШФЛУ.

Личный вклад автора состоит в:

- непосредственном участии в проведении расчетов по анализу риска аварий в рамках разработки специальных технических условий для разработки проектной документации (СТУ) и деклараций промышленной безопасности на продуктопроводы для транспортирования ШФЛУ;

- анализе результатов и обобщении опыта научного коллектива ЗАО НТЦ ПБ по оценке риска аварий на МТ СУГ в единый научно-методический подход к обоснованию безопасных расстояний от МТ СУГ до объектов с присутствием людей;

- проведении анализа статистических данных по аварийности на российских и зарубежных МТ;

- разработке рекомендаций по оценке ожидаемой частоты аварий на участках проектируемых МТ, позволяющих учесть современные компенсирующие меры обеспечения безопасности;

- получении инженерных зависимостей и рекомендаций для предварительной оценки безусловно безопасных расстояний при выборе коридора прокладки трасс проектируемых МТ ШФЛУ на основании анализа результатов практических работ по оценке риска аварий;

- апробации результатов работы при написании статей, тезисов, докладов, участии в конференциях и научных семинарах.

Практические результаты работы

Результаты работы использованы при разработке Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности для опасных производственных объектов магистральных трубопроводов» в части подходов к определению минимальных безопасных расстояний от МТ СУГ, а также в декларациях промышленной безопасности и СТУ для разработки проектной документации на ряд объектов ОАО «Сибур Холдинг», в т.ч. на продуктопроводы для транспортирования ШФЛУ: «Пуровский ЗПК - Южно-Балыкская головная насосная станция», «Южно-Балыкская головная насосная станция - Тобольск-Нефтехим», «Губкинский ГПЗ - Нижневартовский ГПЗ - Южно-Балыкский ГПЗ - Тобольский НХК», «Сургут - Южный Балык», о чем имеются соответствующие акты внедрения (использования) результатов настоящего исследования.

Результаты работы могут применяться при проектировании, разработке СТУ, декларировании и обосновании промышленной и пожарной безопасности продуктопроводов, транспортирующих СУГ.

Необходимая и достаточная степень достоверности, обоснованность результатов работы подтверждаются их непротиворечивостью и соответствием общепринятым научным и практическим данным в области предупреждения аварийности и травматизма на опасных производственных объектах; обусловлены комплексным использованием известных, проверенных практикой теоретических и практических методов исследования в сфере обеспечения безопасности сложных социо-технических систем; удостоверяются практикой продуктивного использования проектными организациями разработанного способа риск-ориентированного обоснования минимально безопасных расстояний при размещении новых и реконструкции действующих российских магистральных продуктопроводов СУГ.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- XXII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности» (Москва, 19-20.05.2010);

- 18-м научном семинаре «Промышленная безопасность. Крупные промышленные аварии: опасности, угрозы, вызовы» (Москва, 24.05.2010);

- Международной научно-практической конференции «Анализ промышленных рисков как основа принятия решений по повышению безопасности промышленных объектов» (Киев, Украина, 22-24.09.2010);

- тематическом семинаре «Об опыте декларирования промышленной и пожарной безопасности и страхования ответственности. Развитие методов оценки риска аварий на опасных производственных объектах» (Москва, 28-29.10.2010);

- IV Всероссийской научно-технической конференции «Безопасность критичных инфраструктур и территорий» (Екатеринбург, 24-27.05.2011);

- IV Международной научно-технической конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее», СТ8-2011 (Москва, 26-27.10.2011);

- VII Международной научно-технической конференции «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта» (Новополоцк, Республика Беларусь, 22-25.11.2011);

- III Национальном конгрессе «Комплексная безопасность в строительстве». Круглый стол «Повышение безопасности зданий и сооружений в процессе строительства и эксплуатации» (Москва, 22-25.05.2012);

- тематическом семинаре «Об опыте декларирования промышленной безопасности и страхования ответственности. Обоснование безопасности опасных производственных объектов. Развитие методов оценки риска аварий на опасных производственных объектах» (Москва, 14.10.2013).

Публикации

Основные результаты исследований изложены в 11 печатных работах, в том числе в 7 статьях в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Применение риск-ориентированного подхода, основанного на расчетах максимальных зон поражения и использовании вероятностных критериев безопасности, для обоснования безопасных расстояний от МТ СУ Г до объектов с присутствием людей.

2. Принцип оценки частоты аварии на проектируемых и реконструируемых участках линейной части МТ с учетом современных мер по обеспечению безопасности.

3. Результаты анализа факторов, влияющих на размеры зон поражения людей, определяемых дрейфом и сгоранием облака смеси паров СУГ с воздухом, и безопасные расстояния, а именно - рабочее давление, диаметр МТ, метеоусловия.

4. Рекомендации по предварительному определению безусловно безопасных расстояний на ранних сроках проектирования и размещения коридоров трасс МТ СУГ.

ГЛАВА 1. АВАРИЙНОСТЬ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

Аварийность - проявление техногенных опаснос