Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Перспективы развития строительства морских трубопроводов и анализ современных методов обеспечения безопасности морских трубопроводов 7
1.1. Перспективы освоения морского шельфа и строительства морского трубопроводного транспорта 7
1.2. Анализ современных подходов по обеспечению безопасности сооружения трубопроводов на морском шельфе 14
1.3. Постановка цели и задачи для оценки технологических рисков на этапе строительства морских трубопроводов 43
ГЛАВА 2. Исследование процессов возникновения технологических рисков при строительстве морского трубопровода 47
2.1. Технология строительства морского трубопровода 47
2.2. Идентификация опасностей технологических процессов при сооружении морских трубопроводов 56
2.3. Идентификация опасностей по месту их возникновения в технологическом процессе 62
ГЛАВА 3. Разработка комплексной методики оценки технологических рисков при строительстве морского трубопровода 76
3.1. Обоснование выбора методов для оценки технологических рисков при сооружении морских трубопроводов 76
3.2. Разработка методики оценки технологических рисков при сооружении морских трубопроводов 84
ГЛАВА 4. Применение методики оценки технологических рисков для перспективного проекта строительства морского трубопровода 99
Библиографический
Список использованной литературы 133
- Анализ современных подходов по обеспечению безопасности сооружения трубопроводов на морском шельфе
- Идентификация опасностей технологических процессов при сооружении морских трубопроводов
- Идентификация опасностей по месту их возникновения в технологическом процессе
- Разработка методики оценки технологических рисков при сооружении морских трубопроводов
Анализ современных подходов по обеспечению безопасности сооружения трубопроводов на морском шельфе
Вопросам проведения и методам расчета риска аварий посвящены методические руководства, которые имеют как отраслевую принадлежность к нефтегазовой промышленности, например, СТО ГАЗПРОМ 2-2.3-351-2009 методические указания по проведению анализа риска для опасных производственных объектов газотранспортных предприятий ОАО «Газпром» [26], методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах [27], руководство по безопасности методика оценки риска аварий на опасных производственных объектах нефтегазоперерабатывающей, нефте- и газохимической промышленности [30], так и общую принадлежность к опасным производственным объектам, например, РД 03-418-01 методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов [28], методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах, утвержденная приказом МЧС России от 10 июля 2009 г. № 404 [29] и др.
Следует отметить, что применение методов оценки рисков нашло отражение не только в методиках по анализу риска аварий, но и в национальных стандартах РФ [31-36], прототипом которых являются международные стандарты МЭК, и в научных трудах [37-40].
Изучению темы оценки рисков аварий и пожара посвящены работы Акимова В.А. [52], Ветошина А.Г. [53], Гражданкина А.И., Гальченко С. А. [44], Елохина А.Н. [45], Козлитина А.М. [40-41], Лисанова М.В., Печеркина А.С. [48-51], Сафонова B.C., Швыряев А.А. [47], , а теме оценки рисков морских трубопроводов посвящены работы Горяинов Ю.А. [39], Самусевой Е.А. [37], Федорова А.С. [38] и др.
Анализ методик по оценке рисков аварий [26,28-30] показал, что методологическая схема проведения оценки рисков имеет отличие только в названиях процедур, входящих в этапы оценки рисков, а суть их содержания одинаковая и включает 4–е основные процедуры: 1. планирование и организация работ по оценке риска; 2. идентификация опасностей; 3. оценка риска, которая включает в себя оценку вероятности возникновения неблагоприятных событий (опасностей) и их последствий; определение приемлемости рисков для компании; 4. разработка планов и рекомендаций по снижению и контролю риска. Большинство предложенных в научной литературе и используемых на практике методов оценки рисков включают в себя практически одинаковый перечень методов идентификации опасностей, оценки вероятности, последствий, а также одинаковую классификацию методов по форме представления результатов оценки риска, включающую качественные, количественные и полуколичественные методы [22, 24]. Так согласно источникам [43, 52,53,26,28, 33] к методам оценки опасностей относятся "Что будет, если...?", метод проверочного листа, предварительная оценка опасностей (ПАО), анализ видов и последствий отказов (АВПО), анализа видов, последствий и критичности отказов (АВПКО), анализ опасности и работоспособности (Hazard and Operability Study -HAZOP), анализ видов и последствий отказов, анализ идентификации опасности (Hazard Identification Analysis -HAZID), мозговой штурм и другие.
В соответствии со стандартом [33] метод предварительной оценки опасностей (ПАО) предназначен для идентификации опасностей, опасных ситуаций и событий, которые могут причинить вред. В результате проведения ПАО составляется перечень опасностей, место или элементов системы с опасными свойствами. Процедура реализации метода ПАО заключается в следующем: 1. в анализе технических условий работы оборудования, технологических элементов производственной системы, изучении технологических процессов, 2. в проведении проверки технической документации на выполнение требований промышленной безопасности, 3. в идентификации возможных источников опасностей, потенциальных опасностей в техпроцессе и аварий. Более простыми методами оценки опасностей, чем метод ПАО, являются методы "«Что будет, если...?»" и «Проверочного листа». Последовательность идентификации опасностей методами "«Что будет, если...?»" и «Проверочного листа» совпадает и заключается в составлении списка вопросов о выполнении норм промышленной безопасности и в выборе ответа на поставленные вопросы. Отличие метода «Проверочного листа» заключается в использовании большей исходной информации об оцениваемом объекте.
Близким методу ПАО по алгоритму методом проведения идентификации опасностей, как метод ПАО, является метод HAZОР, направленный на идентификацию опасностей отклонения и выхода из строя технологических систем. Процедура проведения HAZОР отличается от ПАО виспользовании ключевых терминов и слов, описывающих возможные отклонения от установленных норм технологического режима. Например, ключевое слово «нет» может означать отсутствие подачи охлаждающей воды в систему, слово «больше» - превышение требуемого уровня давления или иного параметра, слово «иначе чем» - появление непредвиденного фактора воздействия и т.д.
На практике в случае оценки опасности аварии в качестве отказа в производственной системе вместо методов ПАО и HAZОР применяются метод анализа видов и последствий отказов (АВПО) и метод анализа видов, последствий и критичности отказов (АВПКО). Метод АВПО по способу проведения идентификации опасностей совпадает с методами ПАО: последовательное изучение технологической системы ОПО, а отличие заключается в поиске возможных сбоев в работе, неисправностей, отказов и последствий этих отказов. Метод анализа видов, последствий и критичности отказов (АВПКО) является продолжением метода «Анализ видов и последствий отказов» (АВПО) и дополнительно определяет степень критичности вероятности и последствий отказа.
На основе анализа указанных методов идентификации опасностей можно сделать вывод, что эти методы не имеют ограничений в области их применения для технических объектов и в области природы/вида изучаемого риска. Значит, применение методов идентификации опасностей возможно для исследования процессов возникновения технологических рисков при строительстве морского трубопровода, а выбор метода зависит от целей и задач исследования. При анализе аспектов количественного расчета вероятности аварий, были выделены следующие методы: вероятностно-статистические методы [33, 52, 53], логико-графические (логические) методы, балльно-факторный [26, 27] и экспертные [53, 55, 54, 57-60] методы. Анализируя методику [27] и работу [61], установлено, что один из подходов к расчету вероятности возникновения аварии вероятностно статистическимметодом основан на применении формул теории вероятности случайных величинс использованием определённого вида функции распределения случайных величин (экспоненциальным распределением, равномерным распределением, нормальным распределением или распределением Гаусса, биноминальным распределением Бернулли и др.) Например, в методике [27] для оценки частоты возникновения продольных трещин в нефтепроводе, появление которых является одной из главных причин аварий, предложено использовать уравнение вероятностного распределения Вейбулла:
Идентификация опасностей технологических процессов при сооружении морских трубопроводов
Объем недопроизведенной продукции каждого вида AQ1 определяют как разницу между средними значениями производства в единицу времени до пожара (ЧС) и после него. Д 2-(С?о - С?І) т, (31) где «( -средний дневной (месячный, квартальный, годовой) объем выпуска і-го вида продукции до ЧС; Qj- средний дневной (месячный, квартальный, годовой) объем выпуска і-го вида продукции после ЧС; -время, необходимое для ликвидации повреждений и разрушений, восстановления объемов выпуска продукции на нормативном уровне»; ущерб в виде потерь уничтожения основных производственных фондов в результате пожара П 04/=Sf=1[50i - (Sni + Sni)] (32) где « Soj-остаточная стоимость основных фондов і-го вида, руб.ед; Sni-стоимость материальных ценностей і-го вида, годных для дальнейшего использования, руб.ед.; Sni ликвидационная стоимость материальных ценностей і-го вида, руб.ед; п количество видов основных фондов, ед.» ущерб в виде потерь повреждения основных производственных фондов в результате пожара ПУп.о.ф== Z?=i [Soiy - (Sni + Sni)] (33) где «у–коэффициент, учитывающий повреждение материальных ценностей; Кэ-удельный вес стоимости конструктивных элементов в общей стоимости материальных ценностей, %».
В отличие отрассмотренных выше российских стандартов среди зарубежных стандартов имеются отраслевые стандарты по анализу рисков характерных для шельфовых нефтегазовых сооружений. К ним можно отнести норвежские практические рекомендации DNV-RP-H101 «Управление рисками при выполнении морских и подводных работ (Risk management in marine – and subsea operations)» [82], DNV-RP-F116 «Интегрированное управление морскими трубопроводными системами (Integrity management of submarine pipeline systems)» [83], Guidance notes on Risk assessment applications for the marine and offshore oil and gas industries. June 2000. American Bureau of Shipping (ABS) [84].
В отличие от отечественных методик [26-29] в зарубежных стандартах [82-84] понятие риска рассматривается не в качестве риска взрыва или риска пожара, а как мера двух величин вероятности и последствий возникновения опасной ситуации. Расчет риска проводят по общей формуле: Риск (Risk) = Вероятность (Frequency (F)) Последствия (Consequence(C)). Риск определяют методом «матрица вероятность-последствие» и конечным результатом риска является отнесение к категории риска от высокого до низкого или от неприемлемого до приемлемого в зависимости от уровня последствий и вероятности. Например, в стандарте DNV-RP-H101 принят размер матрицы 4 4 и три категории риска: высокий риск U, средний риск S, низкий риск, а в стандарте DNV-RP-F116 – матрица 5 5 и пять категорий риска: VH – недопустимо высокий уровень риска, H – неприемлемый риск, M – допустимый риск – действие для уменьшения риска может быть оценено, L – допустимый риск – низкий, VL – допустимый риск – незначительный. По сравнению с DNV-RP-H101 в практических рекомендациях DNV-RP-F116 предлагается подход к определению приемлемости риска с учетом матрицы риска, так неприемлемый уровень риска – это риск при сочетании ущерба (У) больше 10 млн евро и вероятности(В) возникновения отказа 10-4 количество случаев аварий/год. Приемлемый риск при У до 1 млн евро и В меньше 10-5 количество случаев аварий/год.
Стандарт DNV-RP-F116 является единственным стандартом, в котором идентифицированы типичные повреждения /отказы при строительстве морских трубопроводов. Также только стандарт DNV-RP-F116 [83]взаимосвязан со стандартом по проектированию морских трубопроводов DNV OS-F 101[82] и согласуется с требованиями DNV-RP-H101.
При сравнении стандартов [82, 83, 84, 35], установлено, что качественные методы оценки вероятности в зарубежных стандартах и национальных стандартах РФ основаны на отнесение вероятности события к одной из категорий от «низкой» до «высокой», а название категорий вероятностей и их описание имеют одинаковый смысл, но сформулированы по-разному. Например, в [82, 84] выделяют 4 категории, а [35, 83] 5 категорий. В [82] 4 категории вероятности разделены от А до D: А- незначительная вероятность; В маловероятно; С- вероятно (возможно), легко предположить, что событие произойдет; D-часто, происходит регулярно. В [84] предлагаются следующая формулировка 4 категорий вероятности возникновения: низкая (событие считается весьма маловероятным), от низкой до средней (событие маловероятное), от средней до высокой (событие может произойти), высокая вероятность возникновения (событие произошло в прошлом и ожидается в будущем). По сравнению со стандартом [82] в стандарте [84] выделяют 5 рангов или категорий вероятности и каждому из них приводятся разные возможные варианты терминологии по степени возникновения событий. Преимуществом стандарта [84] является соотношение количественной величины вероятности в виде частоты отказа с качественным определением вероятности. В [84] вероятность для 5 категорий оценивают в виде частоты от «меньше» 10-5 до «больше» 10-2. Данный подход по качественной оценки вероятности событий или отказов прописан в национальных стандартах РФ. Например, в стандарте «Методы анализа надежности систем. Метод анализа видов ипоследствий отказов (FMEA)» приводятся 6 качественных характеристик отказов, каждому из которых соответствует определенное значение частоты появления события от «меньше» 10-6 до «больше» 1, вероятности и значение ранга [31].
Идентификация опасностей по месту их возникновения в технологическом процессе
Проведенный анализ методов количественной оценки вероятности событий Pi показал, что вероятностно-статистические методы рассматривают среду проекта и связанные с ней возможные отказы как случайные величины состояний, подчиняющиеся определённым законам распределения вероятности их возникновения, а логико-графические методы рассматривают среду проекта как совокупность «независимых», «совместных», или «несовместных» отказов, возникающих при функционировании производственной среды проекта с заранее известной частотой отказа отдельных элементов среды.
Выполненные исследования показали, что применительно к сооружению морских трубопроводов невозможно подобрать репрезентативную статистику, которая отвечала бы требованиям однородности. Соответственно оказывается невозможным перенести на новый инвестиционный проект корректный закон распределения, на основании которого должны быть назначены вероятности, или указать «природу поведения» отказов, на основании которой выбирается формула математической статистики для сложения и/или умножения вероятностей событий. Поэтому было сочтено, что проведение количественной оценки вероятности по вероятностно-статистическим и логическим методам в настоящее время невозможно.
Аналогично показано, что метод теории нечетких множеств, используемый для оценки рисков в случае неопределённости среды реализации проекта, устанавливает не вероятность возникновения опасного события, а степень принадлежности оцениваемого события к нечеткому множеству всех опасных событий, и как следствие он не обеспечивает решение задачи определения вероятности возникновения опасности, количественным способом. В силу этих причин было предложено использовать экспертный метод., Поскольку метод парного ранжирования при большом числе сравниваемых опасностей применять затруднительно, а метод непосредственной оценки в случае отсутствия данных по частоте реализации опасности также применить невозможно. Поэтому в качестве способа оценки опасностей, которые рассматриваются как факторы рисков, выбран метод ранжирования. В качестве шкалы измерения выбрана порядковая шкал, так как в случае применения номинальной шкалы, интервальной шкалы, шкалы отношений требуются эталоны сравнения, степени/градации предпочтительности среди всех опасностей, абсолютное значение оцениваемого фактора соответсвенно, которые для морских трубопроводов в настоящее время отсутствуют. Критериями оценки для экспертов являются разработанная нами классификация идентифицированных технологических опасностей в процессе технологических работ и формализованная модель строительства морского трубопровода. Количественная оценка последствий определяется как финансовый ущерб в виде упущенной выгоды от недопоставок продукции вследствие увеличения сроков строительства, увеличения стоимости проекта и затрат на ремонтно-восстановительные работы, а количественная величина технологического риска выражается в денежных единицах.
В таблице 8 приводится перечень методов оценки рисков по этапам ее проведения, необходимые исходные данные для использования каждого метода, выходные данные методов. В графах 5,6,7 таблицы произведен выбор методов для оценки технологических рисков при строительстве морского трубопровода с учетом этапов проведения оценки рисков и наличия исходных данных, где «+» означает возможность применения, «-» -невозможность использования метода в настоящее время.
Для построения методики оценки технологических рисков при сооружении морских трубопроводов был разработан алгоритм проведения оценки технологических рисков, который включает шесть основных этапов:
1) сбор данных о проекте строительства морского трубопровода, также проведение анализа технологических схем производства работ и условий строительства по участкам строительства морского трубопровода с последующим формированием модели сооружения морского трубопровода; Таблица 8 Выбор метода оценки технологических рисков отказа при сооружении морского трубопровода
Метод Исходные данные или критерии выбора метода Выходные данные метода или результат анализа Этапы оценки рисков Применение метода наэтапах оценки рисковпри сооруженииморского трубопровода
Статистические методы Наличие статистических данных о происшедших ранее отказах величина вероятности в виде частоты возникновения события + + - Анализ дерева неисправностей FTA конструктивные и технологические решения; данные об отказах, описание исследуемой системы идентификации отказов в системе и анализа частот нежелательного события + - - Метод анализа моделей видов и последствий отказов (далее FMEA) конструктивные и технологические решения; описание исследуемой системы , данные об отказах, данные о функционировании каждого элемента системы идентификации причин и последствий отказов, перечень опасности и анализ частот + - - Анализ видов, последствий и критичности отказов (АВПКО) конструктивные и технологические решения; описание исследуемой системы идентификациивидов и причин отказов, частота отказов,тяжесть последствий отказа + + - Логико-графические методы анализа «деревьев отказов» конструктивные и технологические решения; описание исследуемой системы , знания частот исходных событий причины возникновения аварийной ситуации и ее частота, установка причинно-следственных связей аварий + + - Логико-графические методы анализа «деревьев событий». конструктивные и технологические решения;описание исследуемой системы ,знания частот исходных и конечных событий сценарии развития аварийной ситуации, частота каждого сценария путем умножения частоты основного события на условную вероятность конечного события + + - +
Экспертные методы конструктивные и технологические решения; описание исследуемой системы , знания частот исходных событий идентификациивидов и причин отказов, частота отказов,тяжесть последствий отказа + + + +
Описание исследуемой системы включает в себя 1) общее описание проекта строительства; 2) описание условий окружающей среды; 3) перечень используемого оборудования;4) сведения о рабочей среде; схема расположения оборудования и n/l/ 2) идентификация опасностей в технологических операциях; 3) качественная и количественная оценка вероятности возникновения опасности; 4) идентификация и оценка последствий реализации опасности; 5) количественная и качественная оценка технологических рисков при строительстве морских трубопроводов; 6) принятие решений по управлению технологическими рисками. Каждый этап методики представляет собой самостоятельную процедуру последовательности действий по анализу и оценке технологического риска. На первом этапе производится сбор данных о проекте строительства морского трубопровода в части технологического процесса строительства морского трубопровода, используемого оборудовании, строительной техники, флота и др. Результатом первого этапа является формализованная модель сооружения морского трубопровода на каждом участке строительства. Второй этап оценки технологического риска при сооружении морского трубопровода заключается в идентификации опасностей по месту их возникновения в технологическом процессе. На втором этапе, используя формализованную модель строительства морского трубопровода и классификацию технологических опасностей, экспертами проводится идентификация опасностей, которые потенциально могут возникать при реализации k-ого технологического процесса на l-ь участке строительства морского трубопровода. Результатом второго этапа оценки технологических рисков является матрица «технологическая операция - опасности» с выделенными ячейками, отражающими потенциально реализуемые опасности для соответствующих технологических операций, и с пустыми ячейками, отражающими нереализованные опасности для k-ого технологического процесса (таблица 9).
Разработка методики оценки технологических рисков при сооружении морских трубопроводов
Для идентификации возможных последствий строятся «деревья событий», в которых рассматриваются процесс развития аварийной ситуации (сценария) в процессе сооружения морского трубопровода с возможными последствиями. Сначала строится вершина «дерева», которой является инициирующее или нежелательного событие, т.е. опасности. Далее от вершины дерева исходят «ветви», которые отражают возможные пути или сценарии развития опасных ситуаций. Каждая ветвь заканчивается описанием возможных последствий. «Дерево событий» содержит три главных элемента: инициирующее событие (опасности), сценарии развития событий, последствия. Пример составления «дерева событий» для идентификации последствий реализации технологических опасностей при строительстве морского трубопровода представлен ниже.
Для количественной оценки последствий реализации технологических опасностей используются следующие подходы и формулы. Поскольку стоимость проекта строительства включает в себя комплекс разных статей затрат, в разработанной методике расчет увеличение стоимости проекта проводится как расчет финансового ущерба от вынужденного простоя в виде упущенной выгоды от недопоставок продукта по трубопроводу: где Цч-оптовая отпускная цена единицы q-го вида недопоставленной продукции углеводородов; V R - средний планируемый объем поставок q-го вида углеводородов в течение года, tnp -время увеличения сроков строительства, необходимое для ликвидации повреждений и разрушений, проведения g-го вида ремонтных работ. Инициирующее событие
Расчет затрат на ремонтно-восстановительные работы проводится по формуле: CpeM=?[S0.fc v + SMo6.g tp + Sng tp + 5Д-] (37) где S0.fc–стоимость материальных ценностейдля замены, деньги; Sng-стоимость фонда оплаты труда для производства g-го вида ремонтных работ, деньги; 5моб.5 стоимость мобилизации оборудования для выполнения g-го вида ремонтных работ, деньги; 5Д - стоимость дополнительного производства и поставки конструктивных элементов, необходимых для замены, деньги, tp–время проведения ремонтно-восстановительных работ, дни, v количество конструктивных элементов, требуемых к замене на 1-ъ участке производства работ. Упрощенная формула (37) представлена через удельный вес стоимости строительных работ в общей стоимости строительства морской части проекта сооружения морского трубопровода и имеет вид: ЇЇ где 5проект - стоимость строительства морской части проекта сооружения морского трубопровода, деньги; ук - удельный вес стоимости отдельных к-ого вида строительно-монтажных работ, относящиеся к морских операциям, %.
Качественная оценка последствий реализации опасностей технологических рисков проводится по степени их воздействия на проект сооружении морского трубопровода с использованием характеристики уровней последствий (таблица 12).
Качественная оценка последствий реализации идентифицированных опасностей технологического риска при сооружении морского трубопровода
Качественная оценка уровня последствий Характеристики уровней качественной оценки последствий
Степень воздействия напроект сооружения морского трубопровода Увеличение сроков строительства Увеличение стоимости проектастроительства в процентах от Ссмр Затраты на ремонтно-восстановительныеработы в процентах от Ссмр 1 Очень слабое воздействие Задержки в расписании нет 0,01 С 0,01 С 2 Слабое воздействие Общая задержка проекта мен. 5%, 0,01-0,05 С 0,01-0,04 С 3 Среднее воздействие Задержка врасписание проекта5-15% 0,05-0,17 С 0,05-0,15 С 4 Значительное воздействие Задержка проекта 15-25% 0,18-0,3 С 0,14-0,27 С 5 Весьма значительное воздействие Задержка проекта больше 25%. 0,3 С 0,28 С На пятом этапе проводится оценка технологического риска для каждого участка строительства морского трубопровода. Количественный расчет технологических рисков реализуется путем умножения вероятности возникновения опасности на величину его последствий по формуле: R?kl = 2 \РІ]С Сік (руб), (39) где P ik - вероятность i-ой опасности k-ой строительной операции, [0;1]; Cik -последствия i-ой опасности k-ой строительной операции, (руб);Дг - общая количественная оценка технологического риска всех опасностей всех строительных операций на l-ь участке строительства морского трубопровода (руб.).
Следующим шагом пятого этапа является качественная оценка технологических рисков на стадии строительства морского трубопровода. Формируется карта рисков, границы которых установлены по степени воздействия последствий на увеличение стоимости проекта в процентах от общей стоимости проекта: риски, величина потерь от которых может быть перекрыта экономией по проекту, приняты в качестве приемлемых; риски, потери от которых не превышают расчетной прибыли относятся к разряду умеренных; риски, при котором инвестор в результате потерь вынужден закрыть проект - катастрофический риск или риск чрезвычайной ситуации. Карта образует 25 областей, в каждую из которых попадает i-ый вид опасности по соответствующим ей уровням вероятности и последствий, определенных на предыдущих этапах. Например, если для идентифицированной опасности Т.4. (нарушение геометрии трубы) установлен 3-ий уровень вероятности возникновения опасностей и 1-ый уровень последствий, то Т.4. попадает в поле на карте с координатами «вероятность-последствия» 3-1. (таб.13).