автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Моделирование системы безопасности в составе АСУ ТП переработки газоконденсата

На правах рукописи

ШЕРШУКОВА КСЕНИЯ ПЕТРОВНА

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ В СОСТАВЕ АСУ ТП ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОКОНДЕНСАТА

Специальность 05.13.06 — «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» (промышленность) (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1-! НОЯ 1дВ

Москва - 2013

005538452

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

Официальные оппоненты:

Степин Юрий Петрович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Автоматизированные системы управления» Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина

Унковская Анна Владимировна, кандидат технических наук, начальник отдела корпоративной системы гражданской защиты ООО «ГАЗПРОМ СПГ Владивосток»

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова Российской академии наук

Защита состоится 3 С^СЩ^^и} 2013 года в {д часов 00минут в аудитории на заседании диссертационного совета Д 212.200.09 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина» по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина»

Автореферат разослан 3/О&пЩЛ 2013 года.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Шевцов Вячеслав Алексеевич

Ученый секретарь диссертационного совета

Великанов Дмитрий Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Все технологические процессы в нефтегазовой промышленности относятся к категории опасных производственных процессов. Эти процессы характеризуются тем, что на технологических объектах, входящих в их состав, могут возникать аварийные ситуации, способные привести к опасным последствиям: нанести вред производственному персоналу, населению и окружающей среде; привести к разрушению технологического оборудования; серьезным экономическим потерям и т.п. Значительная часть технических систем, предназначенных для защиты от опасных последствий, входит в состав автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). Они осуществляют функцию защиты технологических объектов и образуют систему безопасности (СБ) в составе АСУ ТП.

В соответствии с данными Ростехнадзора только в 2012 г. в Российской Федерации на опасных производственных объектах нефтегазовой промышленности произошло 18 аварий. Ущерб от одной аварии может составлять от десятков тысяч до нескольких миллионов долларов.

Анализ статистических данных по аварийности на этих объектах, приведённый в справочнике Фёдорова Ю.Н. по проектированию АСУ ТП, показал, что более 59% аварийных ситуаций возникают из-за ошибок в техническом задании и проектировании систем, обеспечивающих безопасность технологических процессов.

Таким образом, актуальной проблемой является повышение уровня защищенности опасных технологических объектов за счет улучшения качества проектирования СБ.

Цель настоящей диссертации заключается в разработке математических моделей для определения показателей безопасности, характеризующих уровень защищённости технологических процессов, и алгоритма их использования на стадии проектирования СБ.

з

Для достижения цели решаются следующие задачи:

• Разработка алгоритма проведения анализа и декомпозиции технологического процесса с целью определения частоты возникновения аварийных ситуаций;

• Разработка и обоснование системы количественных показателей, характеризующей уровень защищенности технологических объектов;

• Разработка математических моделей распределенной системы управления (РСУ) и системы противоаварийной защиты (ПАЗ), входящих в состав СБ;

• Разработка алгоритма и программы применения предложенных моделей на стадии проектирования СБ, обеспечивающей приемлемую частоту возникновения аварийных ситуаций.

Научная новизна.

1. Впервые предложена система количественных показателей, которая включает в себя показатели безопасности, рекомендованные стандартами ГОСТ Р МЭК 61508, ГОСТ Р МЭК 61511, и показатели влияния ПАЗ на работу технологических объектов в составе процессов переработки газоконденсата.

2. Разработаны оригинальные математические модели по расчету предложенной системы показателей, учитывающие конечный период эксплуатации ПАЗ с типовыми архитектурами своих подсистем и особенности проведения контрольно-восстановительных работ.

3. Предложен алгоритм использования разработанных математических моделей при проектировании СБ, обеспечивающей приемлемую частоту возникновения аварийных ситуаций на объектах переработки газоконденсата.

Защищаемые положения.

• Предложена система количественных показателей, позволяющая оценить уровень защищённости технологического процесса и включающая в себя стандартные показатели безопасности и показатели влияния системы противоаварийной защиты на функционирование технологического процесса.

• Разработанные математические модели системы противоаварийной

защиты, учитывающие особенности её функционирования при обслуживании технологических процессах, позволяют рассчитать предложенную систему показателей.

• Алгоритм и вычислительная программа применения разработанных моделей при проектировании СБ позволяют обеспечить приемлемую частоту возникновения аварийных ситуаций для процессов переработки газоконденсата.

Практическая значимость.

Проведённые в диссертации исследования указывают на то, что определяющим фактором при проектировании СБ является использование таблицы классификации рисков для оценки уровня защищённости технологического процесса.

Предложенные автором вычислительные программы, основанные на использовании разработанных математических моделей, позволяют автоматизировать процесс проектирования системы безопасности и, как следствие, существенно повысить качество проектирования такого рода систем. Эти программы позволяют также сформировать научно-обоснованные рекомендации по выбору периода проведения контрольно-восстановительных работ этих систем, непосредственно влияющих на показатели безопасности технологических объектов, и приняты к использованию при разработке СБ предприятием 000«РусГазАвтоматика» - одной из проектных организаций по созданию автоматизированных систем управления в нефтегазовой отрасли.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались автором на следующих конференциях и семинарах: международной научно-практической конференции «Контроль и автоматизация технологических процессов нефтегазовой отрасли», Москва, 2010 г.; девятой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», Москва, 2011г.; международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях топливно-энергетического

5

комплекса», Москва, 2011; IX Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», Москва, 2012; международной молодежной конференции «Микроэлектронные информационно-управляющие системы и комплексы», Воронеж, 2012; международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность и охрана труда», Москва, 2012; семинаре ОАО Газпром «Обеспечение безопасности на производстве», Московская область, 2012; Всероссийской научно-практической интернет-конференции «Проблемы автоматизации технологических процессов добычи, транспорта и переработки нефти и газа», Уфа, 2013; семинаре ОАО Газпром «Современные решения в области АСУ ТП», Московская область, 2013.

Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации опубликованы в 15 статьях, в их числе 10 статей в изданиях перечня ВАК РФ.

Объём и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Диссертация содержит 165 страниц, 26 рисунков, 26 таблиц, список литературы из 122 названий.

Автор благодарит за научные консультации к.т.н. Шевцова В.А. и д.ф.-м.н. Карманова A.B., а также весь коллектив кафедры АТП за проявленные интерес и обсуждение основных аспектов диссертационной работы. Особую благодарность автор выражает д.т.н. Браго E.H. и к.т.н. Попадько В.Е. за советы и методические рекомендации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, указываются цели исследования, основные задачи, научная новизна.

Глава 1. Обзор научных работ по безопасности.

На протяжении десятилетий прикладными вопросами безопасности в

конкретных отраслях промышленности, в том числе в нефтегазовой,

занимались российские специалисты: Федоров Ю.Н., Сухарев М.Г., Северцев

H.A., Катулев А.Н., Труханов В.М., Матвеенко A.M., Соломанидин Г.Г.,

б

Пузыревская Е.И. и др. Также разрабатывали этот вопрос и иностранные специалисты: Пол Гран, Гарри Чедди, Дейв Макдональд. Классическая теория надёжности используется при решении проблем обеспечения безопасного функционирования технологических процессов, поэтому рассматривались работы российских математиков Гнеденко Б.В., Соловьева А.Д., Коваленко И.Н., Каштанова В.А., которые занимались вопросами надёжности технических систем. Большое число специалистов, начиная с 1980-х гг., в различных отраслях промышленности проводили исследования, посвященные изучению проблем безопасности и разработке подходов к ее решению. В итоге были сформированы международные стандарты - МЭК 61508, 61511, в которых излагаются современные методология и методы, способствующие решению проблемы безопасности для промышленных опасных производств.

Особое внимание уделялось работам, посвящённым обеспечению безопасности опасных производственных объектов в нефтегазовой области. Методы оценки риска и опасностей, возникающих на этих объектах, разработаны российскими учёными: Гендель Г.Л., Гумеровым А.Г., Гумеровым P.C., Елохиным H.A., Козлтиным A.M., Короленко A.M., Корольченко А.Я., Котляревским В.А., Мартынюк В.Ф., Мастрюковым Б.С., Махутовым H.A., Одишария Г.Э., Сафоновым B.C., Хуснияровым М.Х., Швыряевым A.A., Шебеко Ю.Н. и другими исследователями. Необходимо отметить, что очень часто результаты анализа риска не учитываются при формировании технического задания на проектирование автоматических систем безопасности. Кроме того, зачастую анализ риска вообще не проводится на стадии проектирования данных систем, что также проводит к значительному количеству ошибок при проектировании.

На основе проведённого анализа работ учёных и теоретических исследований в области промышленной безопасности можно сделать следующий основной вывод: в настоящее время отсутствуют математические модели, которые можно было бы использовать для

автоматизации проектирования СБ, обеспечивающих приемлемый уровень безопасности опасных технологических процессов в нефтегазовой отрасли.

Глава 2. Анализ функционирования технологических процессов в нефтегазовой отрасли с целью определения степени их защищённости.

Анализ проводится на примере технологической схемы процесса переработки газоконденсата Ванкорского месторождения, в которой выделяются технологические блоки, характеризующиеся перечнем опасных параметров и указываются критические области. В частности, подробно рассматривается типовая установка переработки природного газоконденсата (рисунок 1). Установка предназначена для переработки газового конденсата с целью получения стабильного газового бензина и пропан-бутановой фракции. Используется одноколонная ректификация с применением циркуляции горячей струи через вертикальную цилиндрическую печь для поддержания температуры куба колонны и системы острого орошения верха колонны. На установке были выделены следующие опасные блоки: блок дегазатора, блок теплообменника «газ-жидкость», блок колонны, блок теплообменника «конденсат-пары колонны», блок рефлюксной емкости, блок насосов рефлюкса, блок насосов циркуляции через печь, блок арматурных узлов печи, блок печи, блок аварийно-дренажной емкости. В каждом блоке указываются эксплуатационные параметры, имеющие критические области. В частности, в блоке дегазатора выделено три параметра и определены их критические области: перепад давления на дегазаторе - 0.01МПа, уровень жидкости - от 300мм до 1300 мм и загазованность в помещении - от 50% до)С0%. Попадание этих параметров в соответствующие критические области является инцидентом. При возникновении инцидента дальнейшая эксплуатация объекта недопустима, так как это может привести к опасным последствиям. Для предотвращения этих опасных последствий используется СБ, имеющая два слоя защиты: РСУ и ПАЗ.

В линию

На продувочную свечу

Рисунок 1 - Упрощённая схема процесса переработки газоконденсата на Ванкорском газонефтяном месторождении.

В любой момент времени параметр может находиться в одной из следующих областей, представленных на рисунке 2. При этом если параметр находится в области опасных значений, то РСУ, реализуя свою функцию защиты, пытается за счет работы регуляторов, сигнализации и соответствующих действий операторов вернуть параметр в область допустимых значений. Если это осуществить не удается и параметр попадает в критическую область, то ПАЗ в автоматическом режиме должна перевести объект в останов. В том случае, если ПАЗ не сможет перевести объект в останов и параметр попадает в область недопустимых значений, то «в работу» должны включиться иные слои защиты, не входящих в состав АСУ ТП. Таким образом, область опасных значений является зоной ответственности РСУ как слоя защиты, а область критических значений - зоной ответственности ПАЗ.

Значение технологического параметра

I

II Зона ответственности РСУ, I как слоя защиты.

область недопустимых^, значений )

область критических\

значений__/

область опасных значений

Г область допустимых

Ж

)

время

работы ТП

Рисунок 2 - Зоны ответственности слоёв защиты СБ.

На практике зона ответственности РСУ может разделяться на две подобласти: первая (I) — подобласть ответственности регуляторов, примыкающая к области допустимых значений, и вторая (II) - подобласть ответственности оператора.

Для характеристики опасности технологического процесса вводится понятие класса риска, который характеризуется тяжестью последствий и частотой их возникновения. С целью обоснования класса риска исследуемых процессов проведен анализ опасностей и рисков по схеме, изложенной в диссертации. Одним из основных результатов анализа является формирование таблицы классификации рисков, в которой указываются возможные классы

риска для исследуемых процессов. Каждый класс риска (Таблица 1) характеризуется двумя параметрами: группа опасных последствий и диапазон частот их появления.

Таблица 1 - Модифицированная классификация рисков ТП.

Диапазон частот [год1] Группы опасных последствий

Катастрофические - D Критические-С Граничные -В Незначительные - А

Частые >1 I I I II

Вероятные 1 -НО"1 I I II III

Случайные ю-'- -Ю-2 I II III III

Редкие 10"2 НО"3 II III III IV

Невероятные ю3 - -104 III III IV IV

Неправдоподобные <10-" IV IV IV IV

Где I, И, III, IV - классы риска; А, В, С, D - группы опасных последствий, например, С - критические последствия, такие как разрушение объекта, авария. В результате проведённого анализа по паре (i, F(i)) и таблице 1 определяется класс риска конкретного процесса. В частности, если технологический процесс не обслуживается СБ, то частота F(i) является так называемой частотой возникновения последствий из i-ой группы на «незащищённом» технологическом процессе и обозначается Fnp(i), где i = А, В, С, D.

По результатам этой главы делается следующий основной вывод: приведенный в этой главе алгоритм анализа опасностей и рисков, проиллюстрированный на процессе переработки газоконденсата на Ванкорском месторождении, позволяет оценить класс риска (степень опасности) любого технологического процесса в нефтегазовой отрасли.

Глава 3. Система безопасности технологического процесса.

В этой главе изложены результаты анализа функционирования СБ и предложена система показателей качества её работы.

В первом разделе обосновывается приемлемый класс риска для процессов переработки газоконденсата. Рекомендуемым классом для процессов в нефтегазовой отрасли является третий (III) класс риска. Таким образом, определяется пара (i, Ft(i)), где i = А, В, С, D, Ft(i) - приемлемая частота. В

том случае, когда для технологического процесса приемлемый класс риска

и

выше существующего, определённого в предыдущей главе, возникает задача разработки СБ, обеспечивающей этот приемлемый класс риска.

Во втором разделе система безопасности структурно представляется двумя последовательными слоями защиты, изображёнными на рисунке 3.

На рисунке 3 под частотой Рр(1) понимается остаточный риск,

остающийся после всех предпринятых мер защиты от ¡-ого опасного последствия, где ¡=А,В,С,В. Слой N является обобщённым слоем защиты, не входящим в АСУ ТП.

Рисунок 3 - Изменение риска по слоям защиты.

Для оценки качества функционирования слоя защиты ПАЗ вводится система показателей, состоящая из двух групп:

1. Показатели безопасности, рекомендованные ГОСТом. К ним относятся коэффициент снижения риска (КСР), уровень полноты безопасности (SIL).

2. Показатели влияния ПАЗ на функционирование ТБ, предложенные автором. К ним относятся средние времена пребывания ТБ в останове по причине как ложных, так и корректных срабатываний ПАЗ, а также среднее количество таких остановов.

В виду того, что СБ обеспечивает приемлемый класс риска всего технологического процесса, обслуживая каждую s-ую критическую область j-ого ТБ, то необходимо рассчитать коэффициенты снижения риска KCP(j,s) для всех ТБ по каждой критической области, где j= 1,... ,n, s = 1,... ,m(j).

В третьем разделе предлагается метод расчёта и распределения KCP(j,s)

по слоям защиты, где j = 1,...,п, s = l,...,m(j).

12

Разработанный метод позволяет сформировать совокупность значений приемлемых коэффициентов снижения риска КСР'пазСь5) Для ПАЗ при условии, что известно значение КСРр^у где3=1,...,п, б = 1,..., т(]). На основе проведённых исследований получены следующие результаты: 1. Разработан метод определения коэффициента снижения риска системы безопасности. Реализация этого метода рассматривается на примере процесса переработки газоконденсата на Ванкорском газонефтяном месторождении; 2. Предложен метод распределения коэффициента снижения риска по слоям защиты.

Глава 4. Математическая модель распределённой системы управления как слоя защиты.

Анализируется процесс функционирования распределённой системы управления (РСУ), как слоя защиты, для каждой б-ой критической области ^ого ТБ и предлагается математическая модель, позволяющая рассчитать коэффициент снижения риска РСУ:

КСРРСуО>) = ^,5)/Ь<],8), (1)

где с10,б) - интенсивность перехода технологического параметра из области допустимых значений в Б-ую критическую область >ого ТБ, э) -интенсивность попадания опасного параметра в критическую область при условии, что в начальный момент времени параметр находился в области допустимых значений, } = 1,...,п, в = 1,...,т(]). Способ оценки интенсивности с!0, я) подробно излагается во второй главе диссертации.

Так как технологический процесс имеет п технологических блоков и каждый З-ый блок, где 3 = 1,...,п, имеет число критических областей, равное т(0, ТО .(-ь'й ТБ по Б-ому параметру в любой момент времени I может находиться в следующих четырёх состояниях: (¡,5,о1), (],б,о2), (¡,э,ко) -

состояние ТБ, находящегося по указанному параметру в соответственно области допустимых значений, первой подобласти опасных значений, второй подобласти опасных значений, критической области.

13

Часть РСУ, которая обслуживает ^ый ТБ по Б-ому параметру, может находиться в работоспособном состоянии - 0>М) или неработоспособном состоянии - 0,8,2).

Процесс функционирования РСУ может быть представлен однородным марковским процессом с пятью состояниями: первое состояние - [(¡^.д),

(¡,8,1)]; второе состояние - [(],5,01), (¡,8,1)]; третье состояние - [(],8,02), О.8.1)]; четвёртое состояние - [О^д), (ь^2)]; пятое состояние - [О'.в.ко), (¡,8,1) + 0,3,2)]. Процесс задаётся парой (р0, А), где р0 = (1,0,0,0,0) - начальное

распределение, АО,я) = {А^кО.Ю} - матрица интенсивностей переходов, 1=1,...,5, к=1,...,5.

В соответствии с методом, предложенным академиком Б.В. Гнеденко, для расчета интенсивности ЭД^) и, следовательно, определения КСР^уО^) по формуле (2) достаточно пятое состояние сделать поглощающим и положить Ь(з,з> = 1/Т(},з), где Т(],8)- среднее время до первого попадания опасного параметра в критическую область. Таким образом, все элементы, кроме нулевых, Х1,к(ь8)=Х.1,к матрицы интенсивностей переходов марковского процесса £(],8,0 задаются графом, представленном на рисунке 4.

Рисунок 4 — Граф переходов РСУ.

В этом графе интенсивности переходов определяются следующим образом: Л.1,2 = >ч,5 = ¿(¡.в); Х.1,4 = ЭД.в), Х4,1= цО.э) ~ интенсивности отказов и восстановления соответствующей части РСУ; иные интенсивности удовлетворяет следующим соотношениям: Аг,1 = Р] • (А.2,1 + Хг.з), Х2.3 = (1- Р0- (^2,1 + А.2,3); Хз,2 = Рп • 0-3,2 + Яз,5), ^3,5 = (1" Рп)" (Х3,2+ ЬЛ

14

где Р1 = Р.О.э) - вероятность выполнения РСУ защитной функции при условии, что параметр находился в первой подобласти, Рц = Рц(],я) - вероятность того, что оператор, используя возможности РСУ, выполняет защитную функцию, т.е. переводит параметр, находящийся во второй подобласти, в первую подобласть.

Величина среднего времени Т^.в) определяется по формуле:

Таким образом, в соответствии с выражением (2) коэффициент снижения

риска РСУ КСР(],з) рассчитывается по формуле (1), где j = 1.....п, в = 1,...,т(]').

В качестве примера использования рассмотренной математической модели РСУ приводится расчёт КСР РСУ, спроектированной для установки переработки газоконденсата, находящейся на Ванкорском газонефтяном месторождении. Таким образом, были сделаны следующие результаты и выводы: 1. Разработана математическая модель распределённой системы управления, выполняющей функцию защиты технологического объекта; 2. Получены инженерные формулы для определения коэффициента снижения риска распределённой системы управления; 3. Разработанная модель использовалась при расчёте коэффициента снижения риска РСУ на установке переработки газоконденсата на Ванкорском газонефтяном месторождении.

Глава 5. Математическая модель технологического блока и обслуживающей его ПАЗ.

Предлагается математическая модель функционирования сложной технической системы: технологического блока (ТБ) и обслуживающей его ПАЗ, имеющей в своем составе подсистемы с любыми типовыми архитектурами. Такая система - ТБ и взаимодействующий с ним ПАЗ - в дальнейшем коротко обозначается (ТБ+ПАЗ). Эта модель позволяет рассчитать систему показателей, изложенную во втором разделе третьей главы, и имеет два иерархических

(2)

Щ-Р.Г'-Р,,) ; К2

-1

-О-Р.Г'Р,

уровня. При этом нижним уровнем модели является так называемая базовая модель, позволяющая осуществить расчет показателей системы (ТБ+ПАЗ). Основой верхнего уровня модели является унифицированный метод, позволяющий осуществить расчет характеристик каждой из трех подсистем ПАЗ, которые являются исходными данными для базовой модели и учитывают вид конкретных типовых архитектур подсистем, т.е. характеристик Ха(1), 1(1), где 1 = 1,2,3 . Разработан алгоритм использования этой модели для проектирования ПАЗ, обеспечивающей приемлемый класс риска. Поскольку КСРпазО^), где j = 1,...,п, в = 1,...,т(]), будет рассчитываться для фиксированной пары то для упрощения обозначения в пятой главе

символыв при описании математической модели будут отсутствовать.

В первом разделе рассматривается процесс функционирования системы (ТБ+ПАЗ), приводится и обосновывается базовая модель, являющаяся математическим описанием этого процесса. При этом качество функционирование ПАЗ зависит от правила её обслуживания. Это правило характеризуется следующими особенностями: 1. Если возникает отказ, обнаруженный системой самодиагностики, то осуществляется восстановление отказавшего элемента. 2. Работоспособность ПАЗ проверяется в ходе, так называемых, контрольных проверок, осуществляемых через фиксированные интервалы времени т. При этом возможны следующие результаты этих проверок: в случае возникновения отказа, необнаруженного самодиагностикой, осуществляется восстановление отказавшего элемента; в случае отсутствия отказа ПАЗ состояние системы (ТБ+ПАЗ) не изменяется.

Базовая модель представляет собой некоторый марковский процесс с поглощающим состоянием. Поглощающее состояние именуется негативным и характеризует систему, в которой на ТБ возник инцидент, а ПАЗ находится в неработоспособном состоянии. При этом КСРплз определяется на основе среднего времени до первого попадания в негативное состояние, рассчитываемого на интервале времени эксплуатации системы (ТБ+ПАЗ).

Состояния этого марковского процесса представлены в таблице 2. Таблица 2 - Состояния системы ТБ+ПАЗ.

№ состояния системы Состояние ПАЗ Состояние ТБ

Подсистема датчиков Подсистема ПЛК Подсистема ИМ

1 В исправном состоянии В исправном состоянии В исправном состоянии В рабочем состоянии

2 В отказе В исправном состоянии В исправном состоянии В рабочем состоянии

3 В исправном состоянии В отказе В исправном состоянии В рабочем состоянии

4 В исправном состоянии В исправном состоянии В отказе В рабочем состоянии

5 В ремонте В исправном состоянии В исправном состоянии В рабочем состоянии

6 В исправном состоянии В ремонте В исправном состоянии В рабочем состоянии

7 В исправном состоянии В исправном состоянии В ремонте В рабочем состоянии

8 В отказе В исправном состоянии В исправном состоянии В останове

9 В исправном состоянии В отказе В исправном состоянии В останове

10 В исправном состоянии В исправном состоянии В отказе В останове

11 В исправном состоянии В исправном состоянии В исправном состоянии В останове

12 (Ф) В «негативном» состоянии

Ф - двенадцатое состояние, так называемое негативное состояние, которое характеризуется возникновением инцидента на ТБ и неработоспособной ПАЗ.

Марковский процесс r|(t) имеет особенности в точках контрольных проверок t)c=k T, где к = 1,2,...п, и формально задается на интервале эксплуатации [О, Т] системы (ТБ+ПАЗ) следующим выражением:

n(t) = 4k(t)(t) (3)

где k(t) - число из множества {1, 2,..., n }, п = Т/т, определяемое из условия:

k(t) = k, если te [(к-1)-т,к т). (4)

0)= > Л.^, t) - однородный марковский процесс, определенный в интервале времени [tjc_1,tk) = [(k-1)-х,к--с). Этот процесс задается парой

(а®,Л®), где а® = 2^) ~ вектор начального распределения,

17

т.е. =Р[^к('к-1) = 0> ' = 1.---Д2, Л« = - матрица интенсивностей

переходов размерности 12x12, - интенсивность перехода из состояния 1 в

состояние }, 1= 1,...,12, j = 1,...,12.

Граф переходов процесса 4к(0 имеет вид, представленный на рисунке 5.

Рисунок 5 — Граф переходов. Для процесса = ^(а®, А® д) ненулевые элементы матрицы Л<ч имеют следующий вид:

Чг® = 2 0) + ^2,8(к> = ^2 С1)- ^2,12(к> = ^ 1 Чз® = 2 (2) + <0.

^3,9(к) = ^2(2)Л3,12(к) =«1; Ч4(к) =-Оч2(3) + с1), Ц10(к) = ^2(3), Ц12(к> = а; х5Д(к> = ц(1), Ч,5(к)=-(К1)+с1), Ч12(к)=^; х6>1(к) = ^2)' Чб(к) =-(ц(2)+с1)< Ч12(к) =ц(3)Д7>7® =-(|х(3)+с1), ^7Д2(к)=с1;

Ч1(к) = ^(1)'Ч8(к) = -Ц(1); Ч1(к) =М(2)Д9,9(к) = -Ц<2); *ю,1(к) =КЗ)Д10>ю(к) =-и(3); ^п,1(к) =МоД1Ц1(к) =-Ц0; (5)

где |л0 = 1/Т0, Т0 - среднее время восстановления ТБ, попавшего в опасное состояние; (1 - интенсивность возникновения инцидентов на работающем ТБ; ~ интенсивность ложных срабатываний, определяемая следующим

соотношением: ^2(1)= 10). гДе j = 1,2,3, 1 = 1,2,3.

Компоненты начального распределения для процесса

= где к = 1,...,п-1, определяются следующими

рекуррентными соотношениями:

а;(к+,>=р[^к(1к) = 1],если 1 = 1,8,9,10,11,12;

а.(к+1) = р[§к(1к) = ¡]+ р[§к(ек) = 1-3], если 1 = 5, 6, 7; (6)

в.(к+1) = Р[4к(1к) = ¡] = о, если 1 = 2, 3, 4.

Компоненты распределения а® определяются равенствами: а;®=0,

1=2,. ..,12.

Основные показатели ПАЗ, предложенные в третьей главе, определяются по базовой модели следующим образом:

1. Вероятность Р(Т) с учетом того, что Т = 1„, а двенадцатое состояние является поглощающим, удовлетворяет соотношению:

Р(Т) = Р(П(Т) = 12) = р(^п («("),)= 12)= р12(п>(т), (7)

где Р12(к) (т) - компонента вектора при к = п, являющегося решением

системы линейных дифференциальных уравнений

^Р(к)(^ = р(к)(0.Л(к) (8)

с начальным условием р® (0) = а®.

2. Коэффициент снижения риска ПАЗ определяется равенством:

КСРШ5 =--—-. (9)

11АЗ 1п(1- Р(Т))

Во втором разделе приводится частный вид базовой модели, описывающий процесс функционирования системы (ТБ+ПАЗ) с одним, часто встречающимся в рассматриваемом классе ТП видом регламента проведения восстановительных работ. Учет этого регламента позволяет укрупнить состояния базовой модели, а, следовательно, упростить базовую модель без потери в точности вычисляемых показателей безопасности.

В третьем разделе предлагается унифицированный метод, позволяющий осуществить расчет усредненных показателей каждой подсистемы ПАЗ на межповерочном интервале т, которые учитывают типовые архитектуры подсистемы и являются исходными данными для базовой модели. Исходными данными являются: 1. Интенсивность А.,)(1) = £ш(а(1),Р(1),Х,(1),т) потока необнаруженных самодиагностикой отказов ¡-ой подсистемы ПАЗ, где ¡=1,2, 3, со - архитектура подсистемы, характеризующая ее канальную структуру и способ обработки каналов, и £ й, й - конечное множество типовых архитектур подсистем, а(0, рО), /.(¡) - соответственно уровень самодиагностики, доля отказов по общей причине, интенсивность отказа одного канала ¡-ой подсистемы, т - поверочный интервал; 2. Интенсивность

А,а(0 = ящ(а(1),Р(1)ДО),ц(1),т) потока обнаруженных самодиагностикой отказов ¡-ой подсистемы, где цО) - интенсивность восстановления одного канала 1-ой подсистемы. Также как ХДО, интенсивность А,а(0 может зависеть от порядкового номера к поверочных интервалов; 3. Интенсивность Яг,(1) = иш(Я.г(1),т) потока ложных срабатываний ¡-ой подсистемы, где (1) -интенсивность ложных срабатываний одного канала.

В четвёртом разделе излагается использование предложенной модели при проектирования таких ПАЗ для каждого блока, которые в составе СБ обеспечивают приемлемый класс риска технологического процесса. На рисунке 6 приводится алгоритм, позволяющий спроектировать ПАЗ.

^Начало расчёта

Модели расчёта системы

показателей, время эксплуатации ПАЗ

Выбор комплекса технических средств □-

Выбор интервала между контрольными проверками

Выбор простейшей конфигурации ПАЗ

Меняем комплекс

технических _средств_

Интервал линимальный^

Уменьшаем интервал т

Расчёт КСР для выбранной архитектуры по разработанным математическим моделям Да

нет

Рисунок 6 - Алгоритм применения математических моделей.

21

Обобщение изложенного материала позволяет сделать следующие выводы: 1. Разработана математическая модель слоя защиты ПАЗ, обслуживающего технологические объекты. Эта модель представлена двумя иерархическими уровнями и позволяет достаточно просто рассчитать показатели безопасности и показатели влияния ПАЗ на функционирование технологического процесса; 2. Предложен унифицированный метод определения интенсивностей обнаруженных и необнаруженных отказов, который используется при построении иерархической модели ПАЗ; 3.Разработан алгоритм применения математических моделей при проектировании ПАЗ в составе СБ, обеспечивающей приемлемый класс риска для технологических объектов процесса переработки газоконденсата на Ванкорском газонефтяном месторождении.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведён анализ технологического процесса переработки газоконденсата с целью выделения опасных последствий и показана необходимость использования классификации этих последствий, поскольку она является одним из главных факторов при формировании технического задания. Указана таблица классов риска этих процессов;

2. Разработан алгоритм декомпозиции технологического процесса с целью определения частоты возникновения аварийных ситуаций;

3. Предложен метод определения приемлемого значения коэффициента снижения риска и показано его использование на примере процесса переработки газоконденсата на Ванкорском месторождении;

4. Предложена система количественных показателей, оценивающих функционирование ПАЗ во взаимодействии с технологическими объектами. Система включает в показатели безопасности, рекомендованные ГОСТами, и дополнительные показатели, позволяющие оценить влияние ПАЗ на функционирование технологического процесса;

5. Разработана математическая модель системы ПАЗ с учетом особенностей

функционирования обслуживаемых технологических объектов;

22

6. Разработана математическая модель РСУ, как слоя защиты технологического объекта;

7. Разработан алгоритм и вычислительная программа использования математических моделей СБ на стадии проектирования систем противоаварийной защиты, обеспечивающих приемлемый уровень безопасности рассматриваемых технологических процессов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Карманов A.B., Шершукова К.П. Модель взаимодействия технологического объекта с системой противоаварийной защиты // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности», № 12.

- М.: 2010. - С.20-24.

2. Карманов A.B., Шевцов В.А., Шершукова К.П., Петрушенко С.П. Вычислительный алгоритм и результаты расчета показателей безопасности технологического объекта с системой противоаварийной защиты // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности», № 5.

- М.:2011. - С.47-51.

3. Карманов A.B., Шершукова К.П., Телюк A.C. Программный модуль расчета характеристик взаимодействия технологического объекта с системой противоаварийной защиты // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности», №9. - М.: 2011. - С.25-28.

4. Шершукова К.П., Телюк A.C. Определение приемлемого уровня полноты безопасности и его обеспечение средствами приборных систем безопасности // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), отдельный выпуск 9. - М.: 2011. - С.54-59.

5. Шершукова К.П., Телюк A.C. Модель распределенной системы управления как слоя защиты технологических объектов // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности», № 7 -М.: 2012. - С.21-25.

6. Шершукова К.П. Метод агрегирования в расчётах систем противоаварийной защиты с типовой архитектурой // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности»,№ 9-М.:2012 - С.36-41.

7. Шершукова К.П., Телюк A.C. Система показателей для оценки функционирования средств противоаварийной защиты // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. Сб. научн. статей по проблемам нефти и газа, №3. - М.: 2012. - С. 173-184.

23

8. Шершукова К.П., Телюк A.C. Оценка риска опасных производственных объектов для проектирования автоматических систем безопасности // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), №ОВ6. - М.:2012. - С.82-89.

9. Карманов A.B., Шершукова К.П., Телюк A.C. Метод определения проектных показателей безопасности системы противоаварийной защиты для процессов подготовки продукции нефтегазовых скважин // НТЖ «Надежность», №3. - М.: 2012. - С. 97-107.

10. Шершукова К.П. Расчёт коэффициента снижения риска распределённой системы управления // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности», № 8 — М.: 2013. - С.33-38.

Прочие публикации:

1. Шершукова К.П., Телюк A.C. Оценка показателей безопасности автоматизированных систем управления как слоя защиты технологических процессов в газодобывающей отрасли // Материалы Девятой всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (газ, нефть, энергетика). - М.:2012. - С.32.

2. Карманов A.B., Телюк A.C., Шершукова К.П. Разработка технического задания на проектирование автоматических систем противоаварийной защиты // Тезисы докладов IX-ой Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России». - М.:2012. - С.104-105.

3. Шевцов В.А., Шершукова К.П., Телюк A.C. Проектирование автоматических систем безопасности для процессов подготовки продукции нефтегазовых скважин // Тезисы докладов IX-ой Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России». - М.:2012. - С.126-127.

4. Шершукова К.П., Телюк A.C. Синтез систем противоаварийной защиты (в соответствии с ГОСТ Р МЭК 61508) // Материалы Международной молодежной конференции в рамках фестиваля науки. - Воронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2012. - С.118-121.

5. Шершукова К.П. Определение показателей безопасности распределённой системы управления как слоя защиты технологических объектов // Проблемы автоматизации технологических процессов добычи, транспорта и переработки нефти и газа: материалы Всероссийской научно-практической интернет-конференции - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2013. - С.62-66.

Подписано в печать 24.10.2013. Формат 60x90/16.

Бумага офсетная Усл. п.л.

Тираж 100 экз. Заказ №447

Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина 119991, Москва, Ленинский проспект, 65 Тел.: 8(499)233-95-44

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА

ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА

- ; ^ л -ч / г I

На правах рукописи 1/и

ШЕРШУКОВА КСЕНИЯ ПЕТРОВНА

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ В СОСТАВЕ АСУ ТП ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОКОНДЕНСАТА

Специальность 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» (промышленность)

(технические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, В.А. Шевцов

Москва - 2013

Содержание

Введение...............................................................................................................4

Глава 1 . Обзор научных работ по безопасности............................................9

1.1. Проблема промышленной безопасности в нефтегазовой отрасли.... 9

1.2. Обзор научно-исследовательских работ по обеспечению безопасности опасных производственных объектов..................................14

Глава 2 Анализ функционирования технологических процессов в нефтегазовой отрасли с целью определения степени их защищённости. ...29

2.1. Особенности исследуемого класса технологических процессов.......29

2.2. Алгоритм анализа опасностей и рисков технологических процессов. ..........................................................................................................................33

2.2.1. Анализ технологических процессов с целью выявления возможных опасных последствий.............................................................33

2.2.2. Таблица классификации рисков......................................................36

2.2.3. Определение класса риска...............................................................38

2.3. Пример определения класса риска процесса переработки газоконденсата................................................................................................47

Глава 3 . Система безопасности технологического процесса.......................56

3.1. Обоснование необходимости установки системы безопасности.......56

3.2.Система безопасности.............................................................................60

3.2.1. Структура системы безопасности...................................................60

3.2.2. Система противоаварийной защиты...............................................63

3.2.3. Анализ применяемых систем, обеспечивающих безопасность в нефтегазовой промышленности................................................................68

3.3. Алгоритм определения коэффициента снижения риска.....................71

3.4. Пример расчёта.......................................................................................73

Глава 4 Математическая модель распределённой системы управления как слоя защиты........................................................................................................80

4.1. Процесс функционирования..................................................................80

4.2. Математическая модель.........................................................................84

4.3. Определение исходных данных.............................................................87

4.3.1. Определение интенсивностей с!,(], в) , <12 0, э)..............................88

4.3.2. Определение интенсивностей , |4]>8)..................................90

4.3.3. Определение вероятностей Р^э),РТ1 (), э)....................................91

4.4. Упрощённая математическая модель...................................................92

4.5. Пример расчёта.......................................................................................94

Глава 5 . Математическая модель технологического блока и обслуживающей его системы противоаварийной защиты..........................104

5.1. Базовая модель системы (ТБ+ПАЗ)....................................................104

5.1.1. Процесс функционирования системы (ТБ+ПАЗ)........................105

5.1.2. Базовая модель................................................................................111

5.1.3. Алгоритм нахождения показателей системы (ТБ+ПАЗ)............114

5.1.4. Базовая модель и расчёт показателей с учётом длительности контрольной проверки.............................................................................118

5.2. Частный вид базовой модели системы (ТБ+ПАЗ).............................119

5.2.1. Укрупнение состояний базовой модели.......................................119

4.2.2. Определение показателей безопасности......................................122

5.2.3. Расчёт показателей по упрощённой модели с учётом длительности контрольной проверки.....................................................125

5.3. Метод определения интенсивностей отказов подсистем с различными типовыми архитектурами......................................................127

5.3.1. Особенности функционирования подсистем ПАЗ......................128

5.3.2. Расчёт интенсивности необнаруженных отказов........................130

5.3.3. Расчёт интенсивности обнаруженных отказов............................131

5.3.4. Расчёт интенсивности ложных срабатываний.............................133

5.5. Пример расчёта.....................................................................................135

Заключение.......................................................................................................152

Библиографический список литературы.......................................................153

Приложение 1. Технологическая схема........................................................165

Введение.

Актуальность проблемы. Все технологические процессы в нефтегазовой промышленности относятся к категории опасных производственных процессов. Эти процессы характеризуются тем, что на технологических объектах, входящих в их состав, могут возникать аварийные ситуации, способные привести к опасным последствиям: нанести вред производственному персоналу, населению и окружающей среде; привести к разрушению технологического оборудования; серьезным экономическим потерям и т.п. Значительная часть технических систем, предназначенных для защиты от опасных последствий, входит в состав автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). Они осуществляют функцию защиты технологических объектов и образуют систему безопасности (СБ) в составе АСУ ТП.

В соответствии с данными Ростехнадзора только в 2012 г. в Российской Федерации на опасных производственных объектах нефтегазовой промышленности произошло 18 аварий. Ущерб от одной аварии может составлять от десятков тысяч до нескольких миллионов долларов.

Анализ статистических данных по аварийности на этих объектах, приведённый в справочнике Фёдорова Ю.Н. по проектированию АСУ ТП, показал, что более 59% аварийных ситуаций возникают из-за ошибок в техническом задании и проектировании систем, обеспечивающих безопасность технологических процессов.

Таким образом, актуальной проблемой является повышение уровня защищенности опасных технологических объектов за счет улучшения качества проектирования СБ.

Цель настоящей диссертации заключается в разработке математических моделей для определения показателей безопасности, характеризующих уровень защищённости технологических процессов, и алгоритма их использования на стадии проектирования СБ.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

• Разработка алгоритма проведения анализа и декомпозиции технологического процесса с целью определения частоты возникновения аварийных ситуаций;

• Разработка и обоснование системы количественных показателей, характеризующей уровень защищенности технологических объектов;

• Разработка математических моделей распределенной системы управления (РСУ) и системы противоаварийной защиты (ПАЗ), входящих в состав СБ;

• Разработка алгоритма и программы применения предложенных моделей на стадии проектирования СБ, обеспечивающей приемлемую частоту возникновения аварийных ситуаций.

Научная новизна.

1. Впервые предложена система количественных показателей, которая включает в себя показатели безопасности, рекомендованные стандартами ГОСТ Р МЭК 61508, ГОСТ Р МЭК 61511, и показатели влияния ПАЗ на работу технологических объектов в составе процессов переработки газоконденсата.

2. Разработаны оригинальные математические модели по расчету предложенной системы показателей, учитывающие конечный период эксплуатации ПАЗ с типовыми архитектурами своих подсистем и особенности проведения контрольно-восстановительных работ.

3. Предложен алгоритм использования разработанных математических моделей при проектировании СБ, обеспечивающей приемлемую частоту

возникновения аварийных ситуаций на объектах переработки газоконденсата.

Защищаемые положения.

• Предложена система количественных показателей, позволяющая оценить уровень защищённости технологического процесса и

включающая в себя стандартные показатели безопасности и показатели влияния системы противоаварийной защиты на функционирование технологического процесса.

• Разработанные математические модели системы противоаварийной защиты, учитывающие особенности её функционирования при обслуживании технологических процессов, позволяют рассчитать предложенную систему показателей.

• Алгоритм и вычислительная программа применения разработанных моделей при проектировании СБ позволяют обеспечить приемлемую частоту возникновения аварийных ситуаций для процессов переработки газоконденсата.

Практическая значимость.

Проведённые в диссертации исследования указывают на то, что определяющим фактором при проектировании СБ является использование таблицы классификации рисков для оценки уровня защищённости технологического процесса.

Предложенные автором вычислительные программы, основанные на

использовании разработанных математических моделей, позволяют-

автоматизировать процесс проектирования системы безопасности и, как

следствие, существенно повысить качество проектирования такого рода

систем. Эти программы позволяют также сформировать научно-

обоснованные рекомендации по выбору периода проведения контрольно-

восстановительных работ этих систем, непосредственно влияющих на

показатели безопасности технологических объектов, и приняты к

6

использованию при разработке СБ предприятием

000«РусГазАвтоматика» - одной из проектных организаций по созданию автоматизированных систем управления в нефтегазовой отрасли.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались автором на следующих конференциях и семинарах:

• международной научно-практической конференции «Контроль и автоматизация технологических процессов нефтегазовой отрасли», Москва, 2010 г.;

• девятой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», Москва, 2011г.;

• международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях топливно-энергетического комплекса», Москва, 2011;

• IX Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», Москва, 2012;

• международной молодежной конференции «Микроэлектронные информационно-управляющие системы и комплексы», Воронеж, 2012;

• международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность и охрана труда», Москва, 2012;

• семинаре ОАО Газпром «Обеспечение безопасности на производстве», Московская область, 2012;

• Всероссийской научно-практической интернет-конференции «Проблемы автоматизации технологических процессов добычи, транспорта и переработки нефти и газа», Уфа, 2013;

• семинаре ОАО Газпром «Современные решения в области АСУ ТП», Московская область, 2013.

Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации опубликованы в 15 статьях, в их числе 10 статей в изданиях перечня ВАК РФ.

Объём и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Диссертация содержит 165 страниц, 26 рисунков, 26 таблиц, список литературы из 122 названий.

Автор благодарит за научные консультации к.т.н. Шевцова В.А. и д.ф.-м.н. Карманова A.B., а также весь коллектив кафедры АТП за проявленные интерес и обсуждение основных аспектов диссертационной работы. Особую благодарность автор выражает д.т.н. Браго E.H. и к.т.н. Попадько В.Е. за советы и методические рекомендации.

Глава 1. Обзор научных работ по безопасности.

Приводится обзор современных работ, посвященных изучению проблемы промышленной безопасности. Особое внимание уделяется особенностям проблем промышленной безопасности в рамках нефтегазовой отрасли. 1.1. Проблема промышленной безопасности в нефтегазовой отрасли

В этом разделе описывается проблема промышленной безопасности в рамках одной из отраслей промышленности - в нефтегазовой отрасли. Приводятся некоторые особенности, которыми характеризуется проблема обеспечения безопасности сложных технологических процессов.

Проблеме безопасности всегда уделялось большое внимание, и её решением занимались на протяжении многих десятилетий специалисты различных областей знаний [5, 12, 17, 34, 42]. В последнее время решением этой проблемы занимаются и частные компании [52, 115], заинтересованные в получении прибыли от эксплуатируемых технологических объектов, и государственные надзорные органы [118, 119], заинтересованные в защите окружающей среды. Отчасти это связано с тем, что в нефтяной отрасли увеличивается количество опасных технологических объектов, т.е. объектов, обладающих потенциальной способностью приносить вред людям, собственности или окружающей среде, следовательно, растёт и суммарное количество инцидентов.

По данным Ростехнадзора [118] и WWF (World Wildlife Fund -Всемирный фонд дикой природы) [120], в нефтегазовом комплексе ежегодно происходят десятки аварий (см. таблицу 1.1).

Таблица 1.1 - некоторые данные по авариям.

№ Место Время Описание

1 Нефтебаза в Махачкале (ОАО «Дагнефтепродукт») 27.03.2008 Взрыв и пожар при перекачке нефти из танкера в резервуар. В результате полностью выгорел резервуар ёмкостью 10 000 т нефти.

2 Установка получения полипропилена (ООО «Ставролен») 04.04.2008 Выброс смеси пропилена с катализатором, как следствие, пожар на установке. Причина - несогласованные действий персонала при демонтаже клапана.

3 Платформа Deepwater Horizon (BP) 20.04.2010 Взрыв, вызвавший сильный пожар

№ Место Время Описание

4 Буровая установка «Монтара» (Тиморском море, Австралия) 2009 Разлив более 28 тысяч баррелей нефти, площадь нефтяного пятна около 25 тысяч квадратных километров

5 ООО «Нафтабурсервис», Иркутская обл., скв. 279 Чайкинского месторождения 01.02.09 Разрыв талевого каната с падением талевой системы. Причина: из-за обледенения не сработал ограничитель подъёма буровой установки Уралмаш 3-Д при подъёме бурильного инструмента.

6 ООО «Меридиан», пос. Нижний Одес (Республика Коми) 08.03.09 Выброс газоводяной смеси. Причина -нарушена герметичность скважины, вследствие наезда на устьевое оборудование при установке подъёмника УПА-60 на скважину.

7 ОАО «Татнефть» НГДУ«Лениногорскнефть», цех подготовки нефти. 19.04.09 Выброс газонефтяной смеси и взрыв. Пять человек получили термические ожоги II-III степени.

8 ООО «Байкитская нефтегазоразведочная экспедиция». 08.04.09 Возгорание топливно-воздушной смеси в двухблочной котельной (ПКН-2М). Причина - разгерметизация вентиля подачи топлива. Последствия: пожар, продолжавшийся до выгорания топлива и выведенное из строя котельное оборудование.

9 Пермский филиал Буровой компании «Евразия», Этышское месторождение, кустовая площадка в 8 км от г. Чернушки. 18.07.09 При перемещении вышечного блока произошло самопроизвольное скатывание в сторону передвижения с разрушением вышки, деформацией рамы шасси автокрана и поворотной части стрелы.

10 ООО «ЛУКОИЛ-Волгограднефтегаз». 07.08.09 Фонтанирование сырой нефти с возгоранием. Высота факела - 10 м. Причина - противоправные действия неустановленных лиц, попытки несанкционированного отбора нефти на устье скважины № 320 Кудиновского месторождения.

11 Белорусское УПНП и КРС ХМАО-Югра, Верхне-Коликеганское месторождение, куст № 38, скв. № 640. 23.09.09 При подъёме перфоратора началось нефтеводопроявление. Превентор закрыть не смогли. Произошло открытое фонтанирование. Фонтан ликвидирован.

12 «Нефтехимтранс», ХМАО-Югра, Ватинское месторождение, кустовая площадка № 19, скважина №51. 02.10.09 Взрыв кислотного агрегата с последующим его возгоранием. Произошёл при обработке скважины ингибитором СОНПАР 5403. Последствия: водитель-машинист кислотного агрегата получил ожоги кожного покрова (около 80 %) и от полученных травм скончался.

Таблица 1.1 иллюстрирует ситуацию, которая сейчас существует в нефтегазовой отрасли. Здесь приводится лишь часть аварий, произошедших за несколько лет. По имеющейся в открытом доступе [114, 118,119] информации частично анализируются причины их возникновения. Таким образом, если корректно сформировать технические требования к системам безопасности, то часть этих аварий можно было бы избежать, а тяжесть некоторых последствий снизить.

По данным WWF [120] катастрофа в Мексиканском заливе не является исключением в практике добычи углеводородов на шельфе. Начиная с 1975 года, в мире произошло около 60 серьезных аварий на морских нефтяных платформах. И даже наименее масштабные из них потребовали колоссальных усилий по ликвидации.

В соответствии с данными информационно-аналитического центра «Экспертиза промышленной безопасности» [117] в 2009 г. в Российской Федерации на опасных производственных объектах нефтегазовой отрасли, а именно в области добычи нефти и газа, произошло 17 аварий. При этом по сравнению с 2008 годом количество аварий в 2009 возросло где-то на 7 аварий. При этом необходимо отметить, что отслеживая динамику изменения количеств аварий во времени, обращают внимание на изм