автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Разработка стратегии обеспечения промышленной безопасности объектов нефтегазовой отрасли на примере установки стабилизации нефти

На правах рукописи Но-мооЛ

ХАСАН МОХД АХМАД

РАЗРАБОТКА СТРАТЕГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ НА ПРИМЕРЕ УСТАНОВКИ СТАБИЛИЗАЦИИ НЕФТИ

Специальность 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность» (нефтегазовая отрасль)

5 ДЕК 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2013

005542460

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» на кафедре «Технологические машины и оборудование».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Хуснияров Мират Ханифович

Официальные оппоненты: Баширов Мусса Гумерович

доктор технических наук, профессор, филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате / кафедра «Электрооборудование и автоматика промышленных предприятий», заведующий кафедрой;

Самигуллин Гафур Халафович

кандидат технических наук, доцент, «Национальный минерально-сырьевой университет (Горный)» / кафедра «Транспорт и хранение нефти и газа», заведующий кафедрой

Ведущая организация ООО «Центр исследований экстремальных

ситуаций», г. Москва

Защита состоится «20» декабря 2013 года в 16-00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».

Автореферат диссертации разослан «20» ноября 2013 года.

Ученый секретарь ,,______^

диссертационного совета - ' •/ Ризванов Риф Гарифович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Современные предприятия нефтегазовой отрасли представляют собой комплексы технологических объектов, предназначенных для добычи, стабилизации, перекачки и переработки нефти. К наиболее сложным технологическим объектам относятся технологические установки, представляющие собой технологические системы, состоящие из ряда «подсистем», которые очень тесно связаны между собой и способны эффективно функционировать только совместно. К таким подсистемам относятся непосредственно основное технологическое оборудование, в котором реализуется технологический процесс подготовки, стабилизации и переработки нефти, система автоматизации и управления (АСУТП), система противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ), система подачи инертных сред в случае возникновения аварийных ситуаций, система электроснабжения, водо- и пароснабжения и т.д. В то же время объекты нефтегазовой отрасли относятся к опасным производственным объектам. Большой опыт эксплуатации этих объектов позволил сформулировать требования по обеспечению промышленной безопасности, которые представлены в правилах безопасности (ПБ), руководящих документах (РД) и т.д.

Одним из этапов обеспечения безопасной эксплуатации является оценка соответствия требованиям в области промышленной безопасности, на основе которой должны быть разработаны мероприятия по повышению уровня безопасности. Процедура оценки соответствия требованиям в области промышленной безопасности является достаточно сложной задачей и носит очень субъективный характер. Результаты оценки в настоящее время носят качественный характер и не позволяют разработать эффективную программу обеспечения промышленной безопасности в условиях ограниченного финансирования и в определенных временных рамках.

Цель: Разработка количественных методов оценки уровня опасности объекта, которые позволят разработать эффективную программу реализации мероприятий по обеспечению промышленной безопасности в условиях ограниченного финансирования и времени.

Задачи исследования:

1 Провести анализ существующих методов оценки безопасности действующих опасных производственных объектов.

2 Разработать классификацию установок стабилизации нефти по уровням опасности для определения числового значения, характеризующего опасность данных объектов, которая учитывает физико-химические свойства вещества, технологические параметры протекания процесса и состояние оборудования.

3 Разработать процедуру оценки уровня оснащенности установок стабилизации нефти системами обеспечения безопасности. При этом факторы и подфакторы должны иметь численные значения, которые позволили бы оценить уровень систем защиты и разработать стратегию обеспечения безопасности конкретной установки.

4 Разработать стратегию обеспечения безопасности установки стабилизации нефти с использованием принципа «затраты-эффект».

Методы исследования

При решении поставленных задач в работе использовались: метод экспертного опроса, принцип «затраты-эффект».

Научная новизна

1 Методом экспертных оценок определены весовые значения факторов, характеризующих степень опасности установок стабилизации нефти, учитывающих физико-химические свойства, параметры технологического процесса и состояние оборудования.

2 Разработан метод количественной оценки соответствия действующих установок стабилизации нефти требованиям промышленной безопасности, который позволяет подобрать наиболее эффективные мероприятия по обеспечению безопасности.

3 Обосновано применение принципа «затраты-эффект» для разработки стратегии обеспечения безопасности установок стабилизации нефти.

На защиту выносятся

1 Факторы и подфакторы для определения опасности установок стабилизации нефти и степени соответствия данных объектов требованиям промышленной безопасности с полученными весовыми значениями.

2 Процедура проведения оценки соответствия действующей установки стабилизации нефти требованиям промышленной безопасности.

Практическая ценность

Предложенная классификация опасности установок стабилизации нефти, степени соответствия установок стабилизации нефти требованиям промышленной безопасности используется в Уфимском государственном нефтяном техническом университете в учебном процессе при выполнении лабораторных и курсовых работ по дисциплине «Обеспечение надежности и безопасности химико-технологических систем».

Предложенные методы были использованы для разработки проектов в ООО ЭПЦ «Трубопроводсервис» при разработке проектно-сметной документации «Техническое перевооружение УСН4/2 цеха №1. Блок колонн, блок рибойлеров, узел регулирующих клапанов УСН4/2 ООО «ННПО» в рамках приведения данного объекта к требованиям промышленной безопасности.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах, конкурсах, конгрессах: II Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Экологические проблемы нефтедобычи» (г. Уфа, 2012); V Международной заочной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2012); П форуме молодых ученых Приволжского федерального округа «Совершенствование сферы науки и образования в России: проблемы, приоритеты и перспективы» (г. Уфа, 2012); Международной научно-практической конференции «Стратегические

направления и инструменты повышения эффективности сотрудничества стран -участников Шанхайской Организации Сотрудничества: экономика, экология, демография» (г. Уфа, 2013).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах из перечня ВАК РФ.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 57 наименований и 4 приложений. Работа содержит 106 страниц, включает 20 рисунков, 20 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность кандидату технических наук, доценту В. А. Самсоновой за оказанную помощь при выполнении диссертационной работы как научному консультанту.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цель и задачи, показана научная новизна и практическая ценность результатов исследований.

В первой главе проведен анализ опасностей установок нефтегазового комплекса, который позволил выявить основные причины и факторы, способствующие возникновению и развитию аварийных ситуаций.

Рассмотрены существующие методы оценки уровня безопасности объектов стабилизации и первичной переработки нефти. Выявлено, что для оценки уровня промышленной безопасности опасных производственных объектов целесообразно уметь определять численные показатели этого уровня, т.е. необходим инструмент (методика), позволяющий проводить такие расчеты. Но в настоящее время методы количественной оценки отсутствуют.

Во второй главе был проведен анализ нормативно-технической документации (НТД), в котором приводится классификация взрыво- и пожароопасных объектов по взрывоопасное™, классификация производственных помещений и зон по взрыво- и пожароопасности. Все рассмотренные классификации предназначены для установления определенных

требований и, в основном, учитывают физико-химические свойства веществ, их количество и только в некоторых из них учитываются технологические параметры системы. В то же время, такие параметры, как температура обращающихся веществ и давление, имеют в некоторых случаях ключевое значение.

В настоящее время назрела необходимость в количественной оценке уровня опасности опасного производственного объекта (ОПО) с учетом не только физико-химических свойств веществ, находящихся в оборудовании, но и технологических параметров, состояния оборудования, наличия систем противоаварийной защиты и так далее. Определение численных значений этого показателя позволит прогнозировать изменение уровня опасности с учетом реализации мероприятий по повышению безопасности конкретного производственного объекта.

Опасность ОПО определяется свойствами веществ, находящихся в оборудовании, технологическими параметрами процесса и количеством вещества и может быть определена каким-либо числовым значением, которое учитывает все эти показатели. Изменить это значение возможно только внеся изменения в технологический процесс, что приведет к изменению технико-экономических показателей производства (производительности, качества продукта, себестоимости продукции и так далее). Подобные кардинальные меры практически невозможны. Таким образом, уровень опасности конкретного ОПО объективен и неизменен для данной конкретной организации технологического процесса. Следующим наиболее значимым фактором, влияющим на уровень опасности ОПО, является состояние технологического оборудования, в котором обращаются опасные вещества.

В результате анализа технологических объектов нефтегазовой отрасли, результатов расследования аварийных ситуаций были выделены следующие показатели, влияющие на опасность объекта:

- физико-химические свойства обращающихся веществ на установках стабилизации и переработки нефти;

- технологические параметры протекания процесса;

- факторы, определяющие состояние оборудования.

После выделения основных факторов и подфакторов, оказывающих влияние на степень опасности объекта, необходимо численно определить это влияние. Для этого необходимо найти весовое значение каждого фактора. Это предлагается сделать одним из методов экспертного опроса. Для проведения экспертного опроса предлагается использовать следующий метод:

1 Составляется матрица «эксперты - факторы», в которой проставляются полученные от каждого эксперта оценки факторов по шкале от 1 до 10.

2 Рассчитывается относительная значимость всех факторов в отдельности для каждого эксперта. С этой целью оценки, полученные для каждого эксперта, суммируются (по горизонтали), а затем нормируются.

3 Вычисляется усредненная оценка, данная всеми экспертами по каждому фактору. Для этого нормированные оценки, полученные в предыдущем шаге, суммируются (по вертикали). Затем рассчитывается средняя арифметическая для каждого фактора.

Результаты экспертного опроса всех экспертов были обработаны в программе Excel и представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Результаты экспертного опроса

Фактор Весовое значение Коэффициент вариации, %

1 Физико-химические свойства обращающихся веществ на установках стабилизации и переработки нефти 0,279 10

2 Технологические параметры протекания процесса 0,343 6

2.1 Температура как параметр технологического процесса, влияющий на образование паров опасных веществ 0,486 6

2.2 Давление как параметр технологического процесса, влияющий на образование паров опасных веществ 0,514 6

3 Факторы, определяющие состояние оборудования 0,377 9

Фактор Весовое значение Коэффициент вариации, %

3.1 Использование оборудования, конструкция которого определена без учета параметров эксплуатации и действия технологических сред на материал оборудования 0,386 9

3.2 Наличие агрессивных сред, действующих на материал оборудования при эксплуатации 0,321 11

3.3 Наличие оборудования, отработавшего ресурс, и его эксплуатация продлена в установленном порядке 0,293 11

Для проверки согласованности мнений экспертов в данной работе предлагается использовать понятие «коэффициент вариации». Коэффициент вариации характеризует относительную меру отклонения измеренных значений от среднеарифметического:

аср

где V - коэффициент вариации,

О?- среднеквадратическое отклонение, а ср - среднее арифметическое.

Чем больше значение коэффициента вариации, тем относительно больший разброс и меньшая выравнепность исследуемых значений. Если коэффициент вариации меньше 10%, то изменчивость вариационного ряда принято считать незначительной, от 10 до 20% относится к средней, от 20 до 33% - к значительной, и если коэффициент вариации превышает 33%, то это говорит о неоднородности информации и необходимости исключения самых больших и самых маленьких значений.

Полученное значение коэффициента вариации говорит о незначительной изменчивости, то есть отклонении мнений экспертов от среднего значения, следовательно, согласованность мнений экспертов считается приемлемой.

На практике достаточно сложно оценить, какую долю или часть в данном процессе при определении опасности составляет тот или иной фактор (подфактор). Конечное весовое значение фактора (подфактора) в рассматриваемом процессе предлагается определять следующим образом. Каждый фактор (подфактор) разбивается на простые вопросы, характеризующие наличие или отсутствие рассматриваемого элемента. Например для определения весового значения фактора «физико-химические свойства обращающихся веществ» предлагается ответить «да» или «нет» на следующие вопросы, приведенные в таблице 2.

Таблица 2 - Показатели и значения балльных оценок

Показатель Балльная оценка

Присутствие особо опасных легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) 3

Присутствие постоянно опасных ЛВЖ 2

Присутствие опасных при повышенной температуре ЛВЖ 3

Присутствие горючих жидкостей (ГЖ) 1

Наличие токсической жидкости (ТЖ) класса опасности 1 2

Наличие ТЖ класса опасности 2 2

Наличие ТЖ класса опасности 3 1

Наличие ТЖ класса опасности 4 1

Наличие сжатых углеводородных газов (УВГ) 3

Наличие сжиженных УВГ; 3

Наличие сжатых УВГ в смеси с токсически опасными газами ОЬв) 4

Наличие в технологическом процессе аварийно-химических опасных веществ, способных образовывать токсические облака 4

При наличии положительного ответа «да» на вопрос «присутствие опасных при повышенной температуре ЛВЖ» в рассматриваемом процессе в численное значение фактора добавляется 2 балла. При сумме баллов более 8 весовое значение фактора определяется умножением на 1, таким образом

получаем максимальное весовое значение фактора. При сумме баллов от 5 до 7 конечное значение фактора определяется умножением весового значения на 0,75, при сумме от 3 до 4 - на 0,5 и при сумме 2 и менее-на 0,25.

Для определения численных значений других факторов (подфакторов) используем таблицу 3.

Таблица 3 - Балльные оценки факторов (подфакторов)

Показатель Балльная оценка

Фактор 2. Параметры технологического режима

Подфактор 2.1. Температура как параметр технологического процесса, влияющий на образование паров опасных веществ

Максимальная температура протекания технологического процесса более 400 °С 1

Максимальная температура протекания технологического процесса от 250 до 400 °С 2

Максимальная температура протекания технологического процесса не превышает 250 °С 3

Подфактор 2.2. Параметры технологического процесса (давление), влияющие на образование паров опасных веществ

Максимальное давление нормального протекания технологического процесса более 5 МПа 1

Максимальное давление нормального протекания технологического процесса от 3,5 до 5 МПа 2

Максимальное давление нормального протекания технологического процесса от 2 до 3,5 МПа 3

Максимальное давление нормального протекания технологического процесса не превышает 2 МПа 4

Фактор 3. Факторы, определяющие состояние оборудования

Подфактор 3.1. Использование оборудовать, конструкция которого определена без учета параметров эксплуатации и действия технологических сред на материал оборудования

Более 50 % оборудования, конструкция которого определена без учета параметров эксплуатации и действия технологических сред на материал оборудования 1

От 25 до 50 % оборудования, конструкция которого определена без учета параметров эксплуатации и действия технологических сред на материал оборудования 2

Менее 25 % оборудования, конструкция которого определена без учета параметров эксплуатации и действия технологических сред на материал оборудования 3

Показатель Балльная оценка

Подфактор 3.2. Наличие агрессивных сред, действующих на материал оборудования пои эксплуатации

В агрессивной среде работает более 50 % оборудования 1

В агрессивной среде работает от 15 до 50 % оборудования 2

В агрессивной среде работает от 5 до 15 % оборудования 3

Менее 5% оборуяования работает в агрессивной среде 4

Подфактор 3.3. Наличие оборудования, отработавшего ресурс, и его эксплуатация продлена в установленном порядке

Износ 50 % оборудования более 75 % 1

Износ 50% оборудования от 50 до 75 % 2

Износ 25 % оборудования более 50 % 3

Износ 25 % оборудования менее 50 % 4

Для определения конечного весового значения подфактора или фактора рассматриваемого процесса предлагается весовое значение фактора (подфактора) поделить на его балльное значение.

Далее рассчитывается конечная сумма всех факторов и по ней определяется степень опасности производства.

Анализ результатов математической обработки позволяет предложить следующую классификацию опасности установки стабилизации нефти по 4 классам опасности:

1 класс (самый опасный) - сумма весовых значений 0,8 и более;

2 класс - сумма от 0,6 до 0,8;

3 класс - сумма от 0,3 до 0,6;

4 класс - сумма менее 0,3.

1 класс опасности можно охарактеризовать жесткими условиями протекания процесса и значительным износом оборудования.

2 и 3 классы характеризуются уже более мягкими условиями процесса и незначительным износом оборудования.

4 класс (наименее опасный) отличается условиями процесса, близкими к нормальным, и достаточно новым оборудованием.

Отличительной особенностью данной классификации является то, что здесь учитываются физико-химические свойства веществ, технологические параметры процесса и состояние оборудования.

В третьей главе представлены результаты исследований, направленных на разработку процедуры оценки соответствия действующей установки стабилизации нефти требованиям нормативной документации в области промышленной безопасности. Для разработки процедуры оценки необходимо определение факторов и подфакторов, которые влияют на уровень опасности, а также уровень оснащенности системами обеспечения безопасности. При этом факторы и подфакторы должны иметь численные значения, которые позволили бы оценить уровень опасности, уровень систем защиты и разработать стратегию обеспечения безопасности конкретной установки стабилизации нефти.

Для выявления факторов и подфакторов соответствия действующих установок стабилизации нефти был проведен анализ нормативно-технической документации в области промышленной безопасности. Определение факторов и подфакторов и их численных значений проводилось экспертным опросом.

Весовые значения определяются методом, описанным в главе 2. По результатам экспертного опроса были получены весовые значения факторов и подфакторов, приведенные в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты экспертного опроса

Фактор Весовое значени е Коэффиц иент вариации

1 Наличие систем подачи инертных сред 0,135 15

2 Наличие систем аварийного освобождения 0,123 14

3 Уровень автоматизации 0,172 8

3.1 Наличие, систем автоматического контроля и регулирования технологических процессов 0,268 11

3.2 Наличие систем противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ) технологических процессов 0,267 6

3.3 Применение микропроцессорной техники для систем управления и ПАЗ 0,224 9

3.4 Наличие резервирования элементов систем автоматического контроля и регулирования, систем противоаварийной защиты в зависимости от категории блока 0,241 9

Фактор Весовое значени е Коэффиц иент вариации

3.5 Возможность системы для проведения операции безаварийного пуска, остановки и всех необходимых для этого переключений 0,133 7

3.6 Наличие датчиков дозврывных концентраций в пределах объекта 0,143 10

4 Наличие систем постоянного мониторинга состояния оборудования 0,141 14

5 Подготовка ИГР и оперативного персонала 0,156 6

5.1 Наличие укомплектованного и подготовленного персонала в соответствии с требованиями НТД 0,294 7

5.2 Проведение регулярного обучения и аттестации персонала на знание должностных инструкций, эксплуатационных документов, требований НТД в области промышленной и пожарной безопасности, охраны труда 0,237 10

5.3 Регулярное проведение учебных тренировок и учений по ликвидации и локализации аварийных ситуаций 0,252 10

5.4 Наличие на предприятии системы обсуждения и доведения до оперативного персонала результатов расследования аварий, инцидентов, несчастных случаев и нарушений требований НТД 0,217 13

6 Уровень ремонта и обслуживания оборудования 0,167 10

6.1 Наличие на предприятии специализированных структур, предназначенных для проведения своевременного и качественного ремонта и технического обслуживания 0,238 7

6.2 Наличие специализированных структур, предназначенных для своевременного заказа и комплектования качественными материалами и необходимыми запасными частями 0,177 13

6.3 Наличие специализированных структур, предназначенных для подбора квалифицированных подрядных организаций, осуществляющих ремонтные работы и оценивающих качество их работы 0,175 10

6.4 Наличие на предприятии системы подготовки документации, необходимой для проведения ремонтных работ (составление дефектных ведомостей, разработка технических заданий для разработки проектно-сметной документации, внесение изменений в эксплуатационную документацию и т.д) 0,205 7

Фактор Весовое значени е Коэффиц иент вариации

6.5 Наличие на предприятии системы оценки качества проведенных ремонтных работ и технического обслуживания 0,205 10

7 Уровень надежности электроснабжения, водоснабжения 0,106 13

7.1 Наличие независимых источников электроснабжения на предприятии 0,235 11

7.2 Наличие резервных емкостей и насосов подачи технической воды в достаточном количестве 0,172 9

7.3 Наличие достаточного количества водяного пара для аварийных систем 0,182 10

7.4 Наличие емкостей для резервирования воздуха КИП 0,209 9

7.5 Наличие достаточного количества инертного газа для аварийных систем 0,202 5

По аналогии с определением степени опасности определяется и степень соответствия установок стабилизации нефти требованиям промышленной безопасности. Каждый фактор (подфактор) разбивается на простые вопросы, характеризующие наличие или отсутствие рассматриваемого показателя.

Анализ результатов математической обработки позволяет предложить следующую классификацию оценки соответствия процесса требованиям НТД:

1 класс - сумма весовых значений 0,8 и более;

2 класс - сумма от 0,6 до 0,8;

3 класс - сумма от 0,3 до 0,6;

4 класс - сумма менее 0,3.

1 класс соответствия процесса требованиям НТД характеризуется практически полным соответствием данным требованиям и безопасной эксплуатацией процесса. Проведение дополнительных мероприятий по приведению процесса к требованиям НТД не требуется.

2 и 3 классы — существуют несоответствия требованиям НТД. Необходимо выявление несоответствий и проведение некоторых мероприятий для приведения объекта к необходимым требованиям.

4 класс характеризуется отсутствием соответствия требованиям НТД. Обязательно проведение достаточного количества мероприятий для снижения уровня риска и обеспечения безопасной эксплуатации процесса.

В четвертой главе предлагается разработка стратегии приведения действующей установки стабилизации нефти к требованиям промышленной безопасности с использованием принципа «затраты - эффект».

Для решения задачи финансирования показано применение данного принципа на примере нагревательной печи.

Трубчатые печи требуют особо тщательного наблюдения, так как отклонения от правил их эксплуатации приводят к аварийным ситуациям.

Для определения вероятности аварийной ситуации было построено дерево отказов, представленное на рисунке 1. Вероятность аварийной ситуации составляет 3,ОЮ"4.

Например, к наиболее распространенным и традиционным мероприятиям по приведению нагревательной печи к требованиям промышленной безопасности относятся следующие:

1) оснащение запорной арматурой с дистанционным управлением и временем срабатывания не более 120 с на общих трубопроводах газообразного топлива (1П);

2) установка системы контроля, регистрации, сигнализации и блокировок на печь (2П);

3) монтаж автоматической системы подачи паровой завесы (ЗП);

4) подача водяного пара в топочное пространство и линию подачи газообразного топлива печи (4П).

Для наглядного применения разработанных мероприятий строится новое дерево отказов, на котором данные мероприятия отображаются различными событиями. Дерево отказов с учетом вышеуказанных мероприятий приведено на рисунке 2.

Рисунок 1 — Дерево отказов на конечное событие «Пожар в нагревательной печи»

Рисунок 2 - Дерево отказов на конечное событие «пожар в нагревательной печи» после проведения мероприятий

В результате анализа действующей установки разрабатываются мероприятия по повышению уровня безопасности данной установки. Если количество мероприятий достаточно велико (более 10-12), реализовать их все в максимально короткие сроки практически невозможно.

Возникает необходимость в определении последовательности реализации этих мероприятий. При этом необходимо выбрать мероприятия, которые бы позволили максимально снизить вероятность возникновения аварийной ситуации в условиях ограничения финансирования и в определенный период времени. Иными словами, администрация должна принять стратегию обеспечения безопасности данной установки.

Для разработки данной стратегии предлагается использовать принцип «затраты-эффект». Под затратами понимается стоимость мероприятия в денежном выражении: это затраты на переподготовку и тренировку персонала, разработку проекта, закупку оборудования, строительные и монтажные работы. Под эффектом понимается снижение вероятности реализации аварийной ситуации после проведения одного конкретного мероприятия.

Сначала составляется таблица, в которой мероприятия нумеруются в произвольном порядке, определяется их стоимость, то есть затраты, и эффект проведения мероприятия, то есть снижение вероятности. Далее определяется эффективность (отношение затрат к эффекту) для каждого мероприятия. В таблице 5 приведены затраты и эффект мероприятий для приведения нагревательной печи к требованиям НТД.

Далее номера мероприятий изменяются так, чтобы самое эффективное мероприятие получило №1, следующее за ним - №2 и так далее. При новой нумерации строится таблица, в которой помимо затрат и эффекта по каждому мероприятию добавляются столбцы, в которых определяются затраты нарастающим итогом и эффект суммарным итогом (таблица 6). Эффект суммарным итогом - величина убывающая, так как вероятность аварийной ситуации снижается при последовательном проведении мероприятий.

Таблица 5 - Стоимости и эффект предлагаемых мероприятий

Порядковый номер Мероприятие Эффект, 8, год"1 Затраты, <3, тыс.руб. Эффективность, Э=0/8

Приведение нагревательной печи к требованиям ПЪ

1 1П 2,2-10"7 155,3 7,06-108

2 2П 1,7-10"7 374,3 2,20-109

3 ЗП 4,9-Ю"6 338,0 6,90-107

4 4П 5,4-Ю"10 152,1 2,82-10п

Таблица 6 - Затраты и эффект суммарным итогом

Мероприятие Затраты, С2, тыс.руб. Эффект, в, год"1 Затраты нарастающим итогом, тыс.руб. Эффект суммарным итогом, год"1

Приведите нагревательной печи к требованиям 11Ь

1(4П) 152,1 5,4-Ю"10 152,1 5,4-Ю"10

2(2П) 374,3 1,7-10"7 526,4 1,8-10"14

3(1П) 155,3 2,2-Ю"7 681,7 4,7-10"16

4(ЗП) 338,0 4,9-Ю"6 1019,7 2,3-Ю"21

Таблица затрат нарастающим итогом и эффекта суммарным итогом, в которой мероприятия пронумерованы в порядке убывания эффективности, и является зависимостью «затраты - эффект».

Для построения зависимости «затраты - эффект» предварительно строим на плоскости систему координат, одна ось которой соответствует мероприятиям, а вторая - объему финансирования. По оси мероприятий отмечаются номера мероприятий - 1, 2, 3, 4. Из начала координат проводятся два отрезка - один горизонтальный в точку (1;0), а другой - в точку (1;152,1), где 152,1 - объем финансирования первого мероприятия (4П). Первый отрезок соответствует случаю, когда первое мероприятие не финансируется, а второй - когда оно финансируется. Из каждой полученной точки ((1;0) и (1;152,1)) также проводится по два отрезка для второго мероприятия (2П). Получается уже четыре точки - (2;0), (2;152,1), (2;374,3) и (2;526,4), соответствующие четырем возможным вариантам для двух первых мероприятий (если бы оба мероприятия

требовали одинакового финансирования, то мы получили бы три точки). Продолжая таким же образом, получается сеть, приведенная на рисунке 3. Очевидно, что любой путь в сети из начальной вершины (0;0) в конечные вершины соответствует некоторому набору мероприятий. И наоборот, любому набору мероприятий соответствует вполне определенный путь в сети, соединяющий начальную вершину с конечной.

Значение координаты по второй оси равно объему финансирования соответствующего набора мероприятий (или пакета проектов, или портфеля проектов - названия бывают различные).

Длины горизонтальных отрезков принимаются равными 0, а длины наклонных - эффектам от соответствующих мероприятий. В этом случае длина пути, соединяющего начальную вершину с одной из конечных, будет равна суммарному эффекту от соответствующего этому пути множества мероприятий. Следовательно, путь максимальной длины, соединяющий начало координат и точку (4;8), будет соответствовать множеству мероприятий, дающему максимальный эффект среди всех множеств мероприятий, требующих совокупного финансирования равного, Б единиц. Таким образом, получаются оптимальные наборы мероприятий при любых объемах финансирования.

Анализируя приведенные решения (см. рисунок 3), можно заметить любопытный парадокс. При финансировании в объеме 526,4 тыс.руб., получается снижение вероятности аварийной ситуации до 1,8-Ю"14, а при увеличении объема финансирования на 3,2 тыс.руб. снижение вероятности составит до 1,6-10"6. Аналогичная картина наблюдается при сравнении эффектов при объемах финансирования 153 и 156 тыс.руб, 310 и 340 тыс.руб и т.д.

Мероприятия

Рисунок 3 - График «суммарные затраты - суммарный эффект» при реализации мероприятий по повышению безопасности нагревательной печи

Так же было рассмотрено решение аналогичной задачи для насосной станции и открытой установки. Определены мероприятия для приведения данных объектов к требованиям промышленной безопасности, рассчитаны стоимости проведения данных мероприятий. Для оценки эффекта выделенных мероприятий построены деревья отказов до и после проведения мероприятий.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1 Выделены факторы, определяющие опасность установок стабилизации нефти. Методом экспертного опроса определены весовые значения факторов

опасности, которые показывают степень влияния на опасность установок стабилизации нефти.

2 Предложена классификация установок по степени опасности, характеризующаяся свойствами обращающихся веществ, параметрами процесса и состоянием оборудования. Данная классификация позволяет количественно оценить степень опасности процесса.

3 Выделены факторы для определения степени соответствия установок стабилизации нефти требованиям нормативно-технической документации в области промышленной безопасности. Методом экспертного опроса определены весовые значения выделенных факторов и подфакторов, то есть определена степень их влияния на уровень безопасности процесса.

4 Предложена классификация установок стабилизации нефти по степени соответствия объекта требованиям промышленной безопасности, которая характеризует уровень безопасности конкретной установки и позволяет определить комплекс мероприятий по обеспечению безопасности.

5 Для разработки стратегии приведения установки стабилизации нефти к требованиям промышленной безопасности в условиях ограниченного финансирования предложено применение принципа «затраты - эффект». Под эффектом понимается снижение вероятности аварийной ситуации после проведения мероприятия.

6 На примере действующей установки стабилизации нефти показано применение принципа «затраты - эффект» для решения задачи финансирования. Определены стоимость и эффект предлагаемых мероприятий.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих научных трудах: в ведущих рецензируемых научных журналах из перечня ВАК

1 Хасан, М.А. Определение факторов оценки соответствия предприятий нефтепродуктообеспечения требованиям промышленной безопасности / М.А. Хасан, В.А. Самсонова, М.Х. Хуснияров // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело".- 2012. - №1.7 С. 214-220.

2 Самсонова, В.А. Обеспечение безопасности насосной станции / В.А. Самсонова, М.Х. Хуснияров, М.А. Хасан // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело". - 2012. - №6. - С. 462-468.

3 Минлигареева, А.Д. Применение принципа «затраты-эффект» для обеспечения безопасности установки стабилизации нефти / А.Д. Минлигареена, В.А. Самсонова, М.Х. Хуснияров, М.А. Хасан // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2013. - №4. - С. 128-133.

в других изданиях

4 Хасан, М.А. Определение факторов, влияющих на безопасность эксплуатации установок первичной переработки нефти / В.А. Самсонова, М.Х. Хуснияров // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. науч. ст. -2012. -№31. -С. 35-39.

5 Минлигареева, А.Д. Применение принципа «затраты-эффект» для обеспечения промышленной безопасности / А.Д. Минлигареева, М.А. Хасан, В.А. Самсонова // Актуальные проблемы науки и техники : сб. трудов V Международной заочной научно-пратической конференции молодых ученых, т. 2. - Уфа: изд-во УГНТУ, 2012. - С. 50-51.

6 Хасан, М.А. Соответствие предприятий стабилизации нефти требованиям промышленной безопасности / М.А. Хасан, В.А. Самсонова, М.Х. Хуснияров // Экологические проблемы нефтедобычи: сб. науч. ст. II Международной конференции с элементами научной школы для молодежи. -Уфа: изд-во УГНТУ, 2012. - С. 81-82.

7 Хасан, М.А. Обеспечение промышленной безопасности установок подготовки нефти / М.А. Хасан, В.А. Самсонова, М.Х. Хуснияров // Стратегические направления и инструменты повышения эффективности сотрудничества стран -участников Шанхайской Организации Сотрудничества: экономика, экология, демография: сб. науч. ст. по материалам международной научно-практической конференции —Уфа: изд-во УГНТУ, 2013. - С. 326-327.

Подписано в печать 19.11.2013. Бумага офсетная. Формат 60x84 '/]6 Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. псч. л. 1,5 Тираж 90. Заказ 199

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

ФГБОУ В1Ю «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

На правах рукописи Но~А\о& (/

ХАСАН МОХД АХМАД

04201455153

РАЗРАБОТКА СТРАТЕГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ НА ПРИМЕРЕ УСТАНОВКИ СТАБИЛИЗАЦИИ НЕФТИ

Специальность 05.26.03. - «Пожарная и промышленная безопасность»

(нефтегазовая отрасль)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук профессор Хуснияров М.Х.

Уфа-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

С.

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

1 Анализ опасности современных установок стабилизации нефти......... 9

1.1 Анализ произошедших аварийных ситуаций на опасных производственных объектах нефтегазовой отрасли, в том числе на установках стабилизации нефти.................................................... 9

1.2 Существующие методы оценки уровня безопасности объектов стабилизации и первичной переработки нефти (В России и за рубежом). 18

1.2.1 Анализ методов осуществления надзорной деятельности в области промышленной безопасности в России и за рубежом.......................... 19

1.2.2 Методы анализа опасностей и риска........................................ 19

1.3 Общий подход к оценке уровня безопасности опасных производственных объектов, в том числе объектов стабилизации и первичной переработки нефти...................................................... 23

2 Разработка метода оценки уровня опасности объектов нефтегазовой отрасли на примере установки стабилизации нефти........................... 26

2.1 Существующие классификации опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли................................................................ 26

2.1.1 Классификация опасных производственных объектов по классам опасности.................................................................................. 26

2.1.2 Классификация взрывопожароопасных объектов по взрывоопасное™........................................................................ 28

2.1.3 Классификация производственных помещений и зон по взрыво- и пожароопасности........................................................................ 29

2.2 Обоснование классификации установок стабилизации нефти по

уровням опасности...................................................................... 33

2.2.1 Обоснование влияния физико-химические свойства обращающихся веществ на уровень опасности установок стабилизации и переработки нефти....................................................................................... 35

2.2.2 Влияние технологических параметров процесса на уровень опасности установок стабилизации нефти......................................... 37

2.2.3 Влияние состояния оборудования на уровень опасности установок стабилизации нефти.................................................................... 39

2.3 Разработка классификации уровней опасности установок

стабилизации нефти методом экспертного опроса............................. 40

2.3.1 Существующие методы проведения экспертной оценки................ 41

2.4 Определение численных значений факторов и подфакторов............. 47

3 Определение соответствия установки стабилизации нефти требованиям промышленной безопасности....................................... 52

3.1 Обоснование выбора факторов, определяющих степень соответствия установок стабилизации нефти требованиям ПБ................................ 54

3.2 Определение весовых значений факторов определяющих степень соответствия установок стабилизации нефти требованиям ПБ............... 62

4 Разработка стратегии обеспечения промышленной безопасности действующей установки стабилизации нефти................................... 72

4.1 Дерево отказов, как метод структурного анализа........................... 73

4.2 Определение возможных причин и факторов, способствующих возникновению и развитию аварийных ситуаций............................... 80

4.3 Применение принципа «затраты-эффект» для решения задачи

финансирования........................................................................ 82

Заключение.............................................................................. 94

Список литературы..................................................................... 95

Приложение А........................................................................... 100

Приложение Б........................................................................... 103

Приложение В......................................................................... 105

Приложение Г........................................................................... 106

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

В 2009 г. добычу нефти и газа в Российской Федерации осуществляли 13 крупных холдингов и 165 нефтегазодобывающих компаний, которые представлены организациями с российским, иностранным и смешанным капиталами, а также 3 оператора Соглашений о разделе продукции. Эксплуатационный фонд нефтяных скважин составляет около 160 тыс. ед.

В 2008 г. добыто 488,5 млн. т нефти с газовым конденсатом. Объём добычи нефти в Российской Федерации, включая газовый конденсат, в 2009 г. вырос на 1,2 % по сравнению с показателем 2008 г. и составил 494 млн. т (в основном за счёт ввода в эксплуатацию Ванкорского месторождения нефти). Извлекаемые запасы Ванкорского месторождения составляют 520 млн. т нефти и 95 млрд. м 3 газа. Суточная добыча - 18 тыс. т нефти, к концу года планируется до 30 тыс. т, в пик добычи - 25,5 млн. т в год.

В 1-м полугодии 2011 г. на объектах нефтегазового комплекса произошло 38 аварий и 17 несчастных случаев со смертельным исходом. Аварийность по сравнению с 1-м полугодием 2010 г. уменьшилась на 27 %, в то время как число несчастных случаев со смертельным исходом увеличилось.

В интересах решения проблемы обеспечения безопасности объектов нефтегазовой промышленности, проанализированы статистические данные об авариях. Выявлены корреляционные связи между взрывами и пожарами и гибелью людей. Разработана статистическая база для последующих этапов по оценке и управлению рисками.

Следует отметить, что согласно ФЗ №116 от 21.07.1997 г. "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" (статья 2, приложение 1), множество объектов нефтегазовой промышленности подпадает под определение опасных производственных объектов, потому что на них получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются опасные вещества. В соответствии с данным законом все

вновь проектируемые объекты нефтегазовой отрасли должны соответствовать требованиям нормативной документации в области пожарной и промышленной безопасности.

Гораздо сложнее дело обстоит с действующими опасными производственными объектами. Большое их количество строилось несколько десятилетий назад и при этом не всегда соблюдались проектные решения. Кроме этого в последние годы требования в области пожарной и промышленной безопасности ужесточились. В этих условиях проблема приведения опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли к требованиям нормативных документов становится особо остро. В результате инспекторской проверки или экспертной оценки определяются отступления от требований нормативных документов или несоответствия. При этом на действующих объектах их фиксируют в количестве от нескольких до нескольких десятков. Для устранения этих отступлений и несоответствий разрабатываются мероприятия. И перед администрацией предприятия встает вопрос реализации этих мероприятий. Реализовать эти мероприятия в короткие сроки один-два года практически невозможно. Это связано и с ограничением финансовых ресурсов и с выполнением проектных работ, закупкой оборудования, строительством, монтажом и пуско-наладочными работами. Перед администрацией предприятия встает вопрос в выборе приоритетных мероприятий, которые можно реализовать в максимально короткие сроки, в условиях определенных финансовых ресурсов и с максимальным эффектом по снижению риска и обеспечению промышленной безопасности. То есть встает вопрос о стратегии обеспечения промышленной безопасности.

В данной работе приведены результаты исследований направленных на обоснование методов, позволяющих выработать стратегию обеспечения промышленной безопасности для объектов нефтегазовой отрасли на примере установки стабилизации нефти.

Автор выражает благодарность, доценту кафедры ХК, канд. техн. наук В.А. Самсоновой как научному консультанту за оказанную помощь при выполнении диссертационной работы.

Область исследования соответствует требованиям паспорта специальности ВАК 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль): 6 Исследование и разработка средств и методов, обеспечивающих снижение пожарной и промышленной опасности технологических процессов, предупреждения пожаров и аварий, тушения пожаров.

Целью диссертационной работы является разработка количественных методов оценки уровня опасности объекта, которые позволят разработать эффективную программу реализации мероприятий по обеспечению промышленной безопасности в условиях ограниченного финансирования и времени.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

1 Провести анализ существующих методов оценки безопасности действующих опасных производственных объектов.

2 Разработать классификацию установок стабилизации нефти по уровням опасности для определения числового значения, характеризующего опасность данных объектов, которая учитывает физико-химические свойства вещества, технологические параметры протекания процесса и состояние оборудования.

3 Разработать процедуру оценки уровня оснащенности установок стабилизации нефти системами обеспечения безопасности. При этом факторы и подфакторы должны иметь численные значения, которые бы позволили оценить уровень систем защиты и разработать стратегию обеспечения безопасности конкретной установки.

4 Разработать стратегию обеспечения безопасности установки стабилизации нефти с использованием принципа «затраты-эффект».

Научная новизна

1 Методом экспертных оценок определены весовые значения факторов, характеризующих степень опасности установок стабилизации нефти, учитывающих физико-химические свойства, параметры технологического процесса и состояние оборудования.

2 Разработан метод количественной оценки соответствия действующих установок стабилизации нефти требованиям промышленной безопасности, который позволяет подобрать наиболее эффективные мероприятия по обеспечению безопасности.

3 Обосновано применение принципа «затраты-эффект» для разработки стратегии обеспечения безопасности установок стабилизации нефти.

На защиту выносятся

1 Факторы и подфакторы для определения опасности и степени соответствия требованиям промышленной безопасности с полученными весовыми значениями

2 Процедура проведения оценки действующей установки стабилизации нефти требованиям промышленной безопасности.

Практическая ценность

Предложенная классификация опасности установок стабилизации нефти, степени соответствия установок стабилизации нефти требованиям промышленной безопасности используется в Уфимском государственном нефтяном техническом университете в учебном процессе при выполнении лабораторных и курсовых работ по дисциплине «Обеспечение надежности и безопасности химико-технологических систем».

Предложенные методы были использованы для разработки проектов в ООО ЭПЦ «Трубопроводсервис» при разработке проектно-сметной документации «Техническое перевооружение УСН4/2 цеха №1. Блок колонн, блок рибойлеров, узел регулирующих клапанов УСН4/2 ООО «ННПО» в рамках приведения данного объекта к требованиям промышленной безопасности.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах, конкурсах, конгрессах: II Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Экологические проблемы нефтедобычи» (г. Уфа, 2012); V Международной заочной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2012); II форуме молодых ученых Приволжского федерального округа «Совершенствование сферы науки и образования в России: проблемы, приоритеты и перспективы» (г. Уфа, 2012); Международной научно-практической конференции «Стратегические направления и инструменты повышения эффективности сотрудничества стран -участников Шанхайской Организации Сотрудничества: экономика, экология, демография» (г. Уфа, 2013).

Публикации

Основные результаты диссертационных исследований опубликованы в 7 научных работах, в том числе в 3 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах из перечня ВАК.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 57 наименований и 4 приложений. Работа содержит 107 страниц, включает 20 рисунков, 20 таблиц.

1 АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ УСТАНОВОК СТАБИЛИЗАЦИИ НЕФТИ

1.1 Анализ произошедших аварийных ситуаций на опасных

производственных объектах нефтегазовой отрасли, в том числе на

установках стабилизации нефти

Для анализа и исследования аварийных ситуаций и аварий, которые могут произойти в результате деятельности предприятий нефтегазового комплекса, при проведении нефтяных операций рассмотрим некоторые основные определения и их интерпретации в нефтегазовом производстве.

Авария нефтегазового комплекса - это нарушение технологического процесса, повреждение механизмов, оборудования и сооружений, вследствие чего происходит остановка процесса, возможны взрывы, пожары и выбросы в окружающую среду вредных веществ.

Под аварийной ситуацией при проведении нефтяных или других технологических операций понимается производственная ситуация, приводящая через некоторое время к аварии, т.е. нарушению технологического процесса с последующими последствиями.

Аварии и аварийные ситуации могут привести к чрезвычайным ситуациям на определенной территории, которые повлекли или могут повлечь ущерб здоровью людей или их гибель, ущерб окружающей природной среде и объектам хозяйствования, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности населения.

К основным организационным и техническим причинам аварий и несчастных случаев относят:

- неэффективную организацию и осуществление производственного и технического контроля;

- нарушение технологии производства работ;

- производство работ с нарушением требований руководств по эксплуатации;

- нарушение работниками трудового распорядка и дисциплины труда;

- ненадлежащее содержание и техническое обслуживание оборудования;

- применение неисправного оборудования или оборудования, отработавшего нормативный срок эксплуатации

Таблица 1.1 - Распределение аварий и несчастных случаев со смертельным исходом в 2010 и 2011 гг. по территориальным органам Ростехнадзора

I " | ; Пи'геы

с/^чнгв по смес-' «смкда- то гадя

■'■"ЗОН)

Центральный (г, Москиз)

1

I

Южлый (г. Рэетма-Дону!

жвйл'жейий (г. Нижний Новгород!

Сибирсиш» (г. Новосибирск)

Да йьн ев#стад»ы н по России

3

1

+1

-2

+ 1

I *-2

"3

и?

7

"3

"7

Во всех зарегистрированных случаях аварий и производственного травматизма фигурируют подрядные сервисные и дочерние компании недропользователей. Не снимая ответственности с этих компаний, необходимо ставить вопрос о повышении эффективности проведения надзора за соблюдением требований промышленной безопасности со стороны головных структур вертикально интегрированных компаний, занимающихся нефтегазодобычей.

Основное препятствие, не позволяющее принять эффективные меры к снижению аварийности и травматизма, — недостаточное внимание первых руководителей компаний к вопросам интеграции управления промышленной безопасностью подразделений и подрядных организаций в общую систему управления компаний.

Большинство аварий и связанных с ними случаев травматизма со смертельным исходом можно предотвратить постоянным мониторингом

реального состояния ОПО, своевременным проведением мероприятий по их техническому обслуживанию, ремонту и реконструкции, а также пропагандируя культуру производства и соблюдая безопасные режимы работы.

Анализ контрольной и надзорной деятельности показал, что в последние годы с учётом реформирования территориальных органов и передачи функций по охране недр значительно снизилась активность этой деятельности, что во многом повлияло на аварийность и травматизм со смертельным исходом на ОПО нефтегазодобывающего комплекса в 2011 г.

Эффективность надзорной деятельности обеспечивается повышением требовательности инспекторского состава.

В то же время, территориальным органам не удалось добиться эффективности производственного контроля на отдельных предприятиях, эксплуатирующих ОПО, особенно в организациях, допустивших аварии и несчастные случаи, о чём свидетельствует анализ результатов контрольной и надзорной работы, в том числе анализ аварий и травматизма.

Для предупреждения аварий по техническим причинам из-за применения оборудования, отработавшего нормативный срок эксплуатации (1 случай), производства работ на неисправном оборудовании (3 случая) предлагается контролировать своевременное проведение необходимых испытаний и освидетельствований технических устройств на объектах, ремонта и проверк