автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Исследование вопросов проектирования морских нефтеперевалочных комплексов с учетом экологического риска

Введение

1. Современное состояние системы проектирования морских нефтеперевалочных комплексов

1.1. Анализ экологической безопасности и риска.

1.2. Анализ способов определения потребной мощности резервуарного парка морского нефтеперевалочного комплекса

1.3. Цели и задачи исследования

2. Метод определения потребной мощности резервуарного парка морского нефтеперевалочного комплекса с учетом метеофакторов

3. Процедуры оценки риска

3.1. Основные понятия и определения

3.2. Основные этапы оценки риска при аварии

3.3. Методика анализа деревьев событий

3.4. Методика анализа деревьев отказов

4. Оценка вероятности возникновения аварийной ситуации.

4.1. Расчет вероятности перелива резервуара при его наполнении через приемный трубопровод, оборудованный системой защиты резервуара от перелива

4.1.1. Расчет вероятности возникновения отказа при закрытии задвижки, используемой в системе защиты резервуара от перелива

4.1.2. Расчет вероятности отсутствия сигнала на закрытие задвижки, используемой в системе защиты резервуара от перелива, при достижении технологического или критического уровня нефтепродукта в наполняемом резервуаре

4.1.3. Расчет вероятности отсутствия команды от диспетчера на закрытие любой из используемых при наполнении резервуара задвижек при достижении критического уровня нефтепродукта в наполняемом резервуаре

4.1.4. Расчет вероятности возникновения отказа при закрытии любой из задвижек, используемой при наполнении резервуара при достижении критического уровня нефтепродукта в наполняемом резервуаре

4.1.5. Расчет вероятности возникновения перелива при наполнении резервуара через приемный трубопровод с использованием защиты от перелива

4.2. Расчет вероятности перелива резервуара при его наполнении через отдающую задвижку, не оборудованную системой защиты от перелива

4.3. Анализ результатов расчета вероятностей возникновения перелива резервуара при его наполнении через приемный трубопровод или отдающую задвижку

5. Определение последствий для окружающей природной среды, вызванных переливом нефтепродукта при наполнении резервуара

5.1. Оценка ущерба окружающей природной при разливе вне каре на суше в холодный период при своевременном принятии мер по ликвидации последствий

5.2. Оценка ущерба окружающей природной среде при разливе вне каре на суше в теплый период при своевременном принятии мер по ликвидации последствий

5.3. Оценка ущерба окружающей природной среде при разливе вне каре на суше в теплый период при несвоевременном принятии мер по ликвидации последствий

5.4. Оценка ущерба окружающей природной среде при разливе вне каре в море при несвоевременном принятии мер по ликвидации ликвидации последствий

5.5. Оценка ущерба окружающей природной среде при разливе вне каре в море при своевременном принятии мер по ликвидации последствий в штилевую погоду

5.6. Оценка ущерба окружающей природной среде при разливе вне каре в море при своевременном принятии мер в штормовую погоду

5.7. Оценка ущерба окружающей природной среде при разливе в каре

6. Количественная оценка величины риска окружающей природной среде в зависимости от последствий перелива нефтепродукта из резервуара

Морской транспорт - сложная транспортная система, эффективность функционирования которой зависит от сбалансированного развития всех ее составляющих элементов: флота, портов и смежных видов транспорта.

В последние годы уделяется большое внимание проблемам развития и модернизации портов, совершенствованию организации перегрузочных процессов, внедрению новой техники и специализированных перегрузочных комплексов. Все эти меры направлены на повышение производительности морского транспорта и конкурентоспособности портов.

Для успешной интеграции в мировом сообществе необходимо в кратчайшие сроки обеспечить функционирование российских портов в соответствии с требованиями, предъявляемыми к портам третьего поколения, когда они превращаются в комплексные транспортные центры и организационную основу международной торговли с новым видом услуг по грузораспределению через автоматизированные терминалы, обеспечивающие потоки грузов и информации. Современный порт - динамичный центр сложной международной сети производства и распределения.

С распадом СССР вне России оказались современные перегрузочные комплексы, которые строились, прежде всего, в расчете на российские внешнеторговые грузы. В настоящее время пропускная способность российских портов на 40 - 50 % ниже потребности.

В программе развития морских торговых портов и железнодорожных подходов к ним [1], разработанной Департаментом морского транспорта во исполнение Указа Президента Российской Федерации от 3 декабря 1992 г. №

1513 "О мерах по возрождению торгового флота России", предусмотрено к 2000 г. увеличить в 1,9 раза мощности российских портов. В общей сложности предполагается реконструировать и построить 145 причалов протяженностью 28 400 м и пропускной способностью 150,5 млн.т. При этом на порты Южного бассейна приходится 40 % мощностей, Дальневосточного региона - 30 %, остальное - на порты Северо-Западного бассейна.

Наиболее перспективным является строительство перегрузочных комплексов по грузам, являющимся товаром на западном рынке. К их числу в первую очередь относятся нефть и нефтепродукты.

Во времена СССР перевалку мазута и дизельного топлива осуществляли нефтеперевалочные комплексы Вентспилса, Одессы, Феодосии, Туапсе и Батуми. Потеря этих портов (кроме Туапсе) серьезно сказалась на объемах перевалки нефтепродуктов. Пропускные способности российских морских нефтеперевалочных комплексов оказались явно недостаточными, до 60 % объемов экспорта нефтепродуктов Россия вынуждена осуществлять через морские нефтеперевалочные комплексы стран СНГ и Балтии [ 14 ].

Образование СНГ с передачей вновь образовавшимся государствам морских нефтеперевалочных комплексов, находящихся на их территории, втрое сократило возможности Российской Федерации по экспорту нефтегрузов, что привело к острому недостатку пропускных способностей морских нефтеперевалочных комплексов.

География и специализация морских нефтеперевалочных комплексов создали такое положение, что по одним видам нефтегрузов (таким, как нефть) Россия может обеспечить отгрузку на экспорт в значительных объемах, зато по другим (таким, как мазут и дизтопливо) в весьма ограниченном количестве. Перевалка этих продуктов на экспорт практически полностью осуществляется через морские нефтеперевалочные комплексы стран СНГ и Прибалтики. Исходя из экономической целесообразности, очевидно, что строительство новых нефтеперевалочных комплексов на

Черном море крайне необходимо. Причальный фронт нефтерайона п.Новороссийск во многом мог бы решить задачу перевалки российского экспорта нефтегруза без весьма существенных затрат на строительство новых морских нефтеперевалочных комплексов, а только за счет модернизации нефтеперевалочного комплекса Шесхарис (увеличения пропускной способности существующих причалов) и строительства новой припортовой нефтебазы для размещения нефтепродуктов в нефтегавани Шесхарис [ 14 ].

Новая нефтебаза предназначается для приема нефтепродуктов (дизельного топлива и мазута) от судов типа "река-море", хранения в резервуарном парке и налива на морские суда. Резервуарный парк предполагается разместить на отсыпной территории. Годовой объем перевалки нефтепродуктов - 1 млн. тонн.

Морские нефтеперевалочные комплексы являются достаточно обособленной отраслью морского транспорта, так как предназначены для перевалки опасных грузов: нефти и нефтепродуктов, к транспортировке и хранению которых предъявляются особые требования, в том числе и экологические.

Методологическая база проектирования морских портов слабо отражает специфику нефтеперевалочных комплексов, в частности, практически не обеспечен методически вопрос определения потребной мощности резервуарного парка припортовой нефтебазы с учетом характерных особенностей морского нефтеперевалочного комплекса (поступление и отгрузка нефти и нефтепродуктов осуществляется судами без привлечения других видов транспорта, климатические условия района размещения комплекса, с которыми напрямую связана возможность погрузки-отгрузки на суда). Основой существующих методик, используемых для расчетов потребной мощности припортовой нефтебазы, являлась вместимость резервуарного парка, зависящая только от годового объема перевалки нефтепродукта [ 8 - 10 ].

Кроме того, морские нефтеперевалочные комплексы являются объектами повышенной экологической опасности и способны ухудшить экологическую ситуацию в районе размещения как существенным загрязнением окружающей среду при нормальном (штатном) функционировании комплекса, так и возможными достаточно серьезными последствиями для окружающей среды при возникновении аварийных ситуаций.

В свете последних решений 1МО, приложений к МАКРОЬ 73/78 и последовательного перехода человеческого сообщества к устойчивому развития, провозглашенному на Конференции ООН по окружающей среде (Рио-де-Жанейро, 1992 г.), представляется крайне необходимой проработка вопросов оценки экологического риска при проектировании морских нефтеперевалочных комплексов.

Очевидно, что проектируемая нефтебаза будет являться объектом, способным создать условия для значительного ухудшения экологической ситуации Новороссийского портово-промышленного комплекса. В 1995 году под руководством автора выполнена работа "Концепция экологической безопасности портово-промышленного комплекса Новороссийск" [ 16 ], где отмечается, что при проектировании любых комплексов в районе Новороссийска необходимо исходить из экологической емкости района проектирования.

Новороссийск - важный транспортный узел на юге страны, единственный крупный порт России на Черном море, принимающий ежегодно до 5 тысяч судов и позволяющий переработать до 16 млн. тонн сухих грузов и 36 млн. тонн нефти и нефтепродуктов. Экологическая ситуация в районе Новороссийского портово-промышленного комплекса может быть охарактеризована как напряженная, близкая к критической.

Основными причинами загрязнения моря нефтью и нефтепродуктами являются аварийные разливы, несанкционированный сброс балластных и льяльных вод, недостаточная степень очистки нефтесодержащих вод от жизнедеятельности города и его промышленных предприятий. Средняя концентрация нефтепродуктов в Цемесской бухте составляет 0.21 мг/л при

ПДК 0.05 мг/л [ 15 ]. Велики выбросы паров углеводородов при погрузке нефти и нефтепродуктов на суда (при наливе сырой нефти на глубоководном причале нефтегавани Шесхарис выброс паров углеводородов может достигать одного килограмма в секунду).

Таким образом, современная ситуация, сложившаяся в сфере проектирования морских нефтеперевалочных комплексов, настоятельно требует доработки методологического обеспечения вопросов проектирования морских нефтеперевалочных комплексов.

Целью настоящей работы является: анализ действующей системы проектирования морских нефтеперевалочных комплексов с точки зрения оценки экологического риска и определения потребной мощности припортовой нефтебазы; дополнение методической базы проектирования комплексов решением вопросов, связанных со спецификой функционирования указанных объектов.

Экологические аспекты нормального функционирования комплекса лежат за рамками представленного исследования. В данной работе не рассматриваются вопросы загрязнения атмосферного воздуха в процессе эксплуатации комплекса в штатном режиме: при приеме нефтепродуктов, хранении в резервуарах нефтебазы и отгрузке на морские суда. При этих операциях будут происходить выбросы паров углеводородов. Вопросы определения выбросов паров углеводородов достаточно исследованы и имеют методическое обеспечение [ 11,12,21,22,23, 35 ].

Для достижения указанной цели решены следующие основные задачи:

- выполнен анализ действующей системы проектирования морских нефтеперевалочных комплексов, на основании которого выявлена и обоснована необходимость ее расширения с учетом характерных особенностей эксплуатации морских нефтеперевалочных комплексов;

- разработана методика, позволяющая при проектировании морских нефтеперевалочных комплексов учитывать климатические условия района размещения объекта, в частности, простои судов из-за метеофакторов, при определении потребной мощности резервуарного парка припортовой нефтебазы; разработана методика оценки экологического риска при проектировании морских нефтеперевалочных комплексов ( на примере резервуарного парка припортовой нефтебазы как экологически наиболее опасного объекта).

Новизна выполненного исследования заключается в следующем:

- разработана марковская модель функционирования морского нефтеперевалочного комплекса, позволяющая учитывать климатические условия при проектировании комплексов в части решения вопроса об определении потребной мощности припортовой нефтебазы;

- разработана методика определения экологического риска при проектировании морских нефтеперевалочных комплексов.

Диссертационная работа выполнялась в Лаборатории проблем транспорта Новороссийской Государственной морской Академии.

Практические результаты работы заключаются в том, что разработанные дополнения к существующей методической базе системы проектирования морских нефтеперевалочных комплексов используются при разработке конкретных проектов и направлены на повышение безопасности эксплуатации морских портов.

Результаты работы внедрены в Лаборатории проблем транспорта НГМА.

Основные положения и результаты диссертации докладывались на:

- научно-технических конференциях НГМА в 1996 - 1997г.

- семинаре "Экологические проблемы транспорта" в рамках научной конференции НГМА в 1998 г.;

- Всероссийской межвузовской научно-технической конференции "Проблемы применения новой техники и технологий для предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на транспорте", Санкт-Петербург, 1996г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные в данной работе исследования позволяют сформулировать следующие выводы.

1. Методологическая база системы проектирования морских нефтеперевалочных комплексов практически не отражает два вопроса: учета влияния метеофакторов при определении потребной мощности резервуарного парка и оценки экологического риска.

2. Разработана методика определения потребной мощности резервуарного парка, учитывающая простои судов из-за метеофакторов.

3. Выполнен анализ экологического риска, включающий вопросы организации технологического процесса с целью выявления возможных аварийных ситуаций, разработку сценария развития аварийных ситуаций, построение дерева отказов, определение вероятности возникновения аварийной ситуации, построение дерева событий, определение вероятностей различных вариантов последствий и ущербов.

4. Разработана методика оценки экологического риска, включающая в себя разработку сценария развития аварийных ситуаций, оценку вероятности возникновения аварийной ситуации, количественную оценку последствий для окружающей среды различных вариантов развития аварийной ситуации, количественную оценку величину риска окружающей природной среде.

5. Дана оценка вероятности возникновения конкретной аварийной ситуации: перелива нефтепродуктов при наполнении резервуара при различных вариантах развития аварийной ситуации.

6. Оценены последствия для окружающей природной среды, вызванные переливом нефтепродуктов при наполнении резервуаров.

7. Дана количественная оценка величины экологического риска при различных вариантах развития аварийной ситуации.

8. Определены пути снижения экологического риска.

Результаты выполненного исследования, по мнению автора, могут быть использованы при проектировании и эксплуатации морских нефтеперевалочных комплексов, а также портовых комплексов по перегрузке других жидких грузов. Применение результатов исследований при разработке конкретных проектов морских портовых комплексов может повысить эффективность и безопасность их эксплуатации.

1. Бобыр В.А. Сокращение времени и оптимизация грузовых операций с наливными грузами. Мортехинформреклама. Морской транспорт. Серия "Технология морских перевозок и морские порты". Экспресс-информация, вып. №3(237). 1994. с.1-9.

2. Быков А. А. Концепция регионального анализа риска основа для решения проблем обеспечения безопасности населения и окружающей среды // Экономика природопользования. - 1995. - №4.-С. 39-53.

3. Быков А. А. Проблемы анализа безопасности человека, общества и природы и перспективы развития исследований по комплексной оценке и управлению региональным риском // Экономика природопользования. Обзорная информация. 1995. - Вып. 2. - С. 16 - 33.

4. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории вероятностей. -М.: Радио и связь, 1983. 416 с.

5. Вопросы математической теории надежности / Е.Ю.Барзилович, Ю.К.Беляев, В.А.Каштанов и др.; Под ред. Б.В.Гнеденко. М.: Радио и связь, 1983. - 376 с.

6. Голомолзин А. Н. Комплексное исследование вопросов риска и безопасности в энергетике // Экономика природопользования. -1995. №3.-С. 47-61.

7. Горбатый М.М. Теория и практика оптимизации производственных мощностей порта. М.: Транспорт, 1981.

8. Горбатый М.М. Технико-экономическое обоснование производственных мощностей нефтегаваней и морских перевалочных нефтебаз. Труды Союзморниипроекта, 1968, вып. 19.

9. Горгуца Ю.В. Математические методы принятия решений при проектировании и эксплуатации морских портов. С-Пб., 1997. 112 с.11 .Животкевич Н.И. Ликвидация потерь нефти и нефтепродуктов на испарение при перевозке водным транспортом. М. ЦНИИЭВТ, 1991.

10. Животкевич Н.И. Исследование некоторых вопросов перевозки газового конденсата на внутренних водных путях. Горький, ГИИВТ, 1973.

11. Заика Б.Б, Устьянов С.И. Актуальные проблемы совершенствования работы морских торговых портов. Мортехинформреклама. Морской транспорт. Серия "Технология морских перевозок и морские порты". Экспресс-информация, вып. №1(235) 2(236). 1994. 34с.

12. Н.Казимиров А.Г. Пути совершенствования работы морских нефтеперевалочных комплексов Российской Федерации. Мортехинформреклама. Морской транспорт. Серия "Технология морских перевозок и морские порты". Экспресс-информация, вып. №6(228). 1993. 18с.

13. Комплексная экологическая характеристика Новороссийской бухты с оценкой удельного влияния отдельных источников загрязнения. Отчет по НИР, рук. Туркина Г.И., Новороссийск, 1998, рукопись.

14. Концепция экологической безопасности портово-промышленного комплекса Новороссийск. Отчет по НИР, рук. Туркина Г.И., Новороссийск, 1997, рукопись.

15. Клейнрок JI. Теория массового обслуживания. Пер. с англ./Пер. И.И.Грушко; ред. В.И.Неман. М.: Машиностроение, 1979. - 432 с.

16. Концепция перехода Российской Федеоации к устойчивому развитию. Утверждена Указом Президента Российской Федерации от 1 апреля 1996 г. № 440.

17. Кузьмин Н. И., Шапошников Д. А. Концепция безопасности: от риска «нулевого» к «приемлемому» // Вестник РАН. - 1994. - Том 64. - №5. - С. 402-408.

18. Махутов H.A., Прохоров В.А. Оценка последствий отказов резервуаров.// Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1998. - Вып.5., с. 35 -42.

19. Методика по определению вредных веществ в атмосферу на предприятиях Госкомнефтепродукта. Астрахань, СКБ "Транснефтеавтоматика", 1988

20. Об индексации платы за загрязнение окружающей природной среды на 1996 год. Письмо Минприроды № 01 14/29 - 3452 от 15.12.95 г.

21. Проценко А. Н., Сегаль М. Д., Кузьмин И. И. Руководство по анализу и управлению риском в промышленном регионе // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1993. - Вып. 9. - С. 17 - 26.

22. Сборник методологических, инстуктивно-методических и справочно-информационных материалов по проведению оценки воздействия на окружающую среду. Часть 2. М.: Центральный Российский дом знаний, 1993.- 38 с.

23. Туркина Г.И., Дуров В.В. Влияние надежности ПГО на качество воздушного бассейна. Новороссийск, Труды НПО "Стромэкология", 1990.

24. Туркина Г.И. Логико-вероятностный метод анализа риска наливных операций танкеров. Новороссийск, Материалы научно-технической конференции НГМА, 1996.

25. Туркина Г.И., Туркин В.А. Оценка риска окружающей среде при наполнении резервуаров припортовой нефтебазы. Мортехинформреклама. Морской транспорт. Серия "Технология морских перевозок и морские порты". Экспресс-информация, вып. № 5(275). 1997.

26. Хенли Э. Дж., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска : Пер. с англ. В. С. Сыромятникова, Г. С. Деминой. Под общ. ред. В. С. Сыромятникова. М.: Машиностроение, 1984. - 528 с.

27. Швырков С.А., Семиков B.JL, Швырков А.Н. Анализ статистических данных разрушения резервуаров. // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1996. - Вып. 5. - С. 39 - 50.

28. Экспериментально-расчетная методика определения потерь нефти от испарения из резервуара. Уфа, ВНИИСПТнефть, 1990.

29. Bari R. A. Et al «Probabalitic Safety Analysis Procedures Guide». NUREG / CR 2815, BNL-NUREG- 51559, vol.1, Rev. 1.- 1985.

30. Gullingford M., Shah S., Gittus J. «Implications of Probabilistic Risk Assessment», Proceedings of Int. Atomic. Energy Agency Seminar on Implications of Probabilistic Risk Assessment Held in Blackpool, UK, 18-22 March. 1985.

31. IAEA Suite of Computer Codes PSAPACK (INT 9 / 063), IAEA, Wagramerstrasse 5, P. O. Box 100, A - 1400 Vienna, Austria, Div. of Nucl. Safety, Reliability and Risk Assessment.

32. Clay G. A., Fitzpatrick R. D., Hurst N. W., Carter D. A., Crossthwaite P. J. «Risk Assessment for Installation where Liguefied Petroleum Gas is Stored in Bulk Vessels above Ground», J. of Hazard. Mat., vol. 20, pp. 357 374.