Разработка методики прогнозирования аварийных ситуаций на компрессорных станциях магистральных газопроводов Леонович Игорь Александрович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Анализ современного состояния эксплуатационной надежности и аварийности компрессорных станций магистральных газопроводов 7

1.1. Анализ правового и нормативно-технического обеспечения промышленной безопасности магистрального трубопроводного транспорта газа Российской Федерации 7

1.2. Исследование современного состояния аварийности на КС МГ Российской Федерации, Республики Беларусь, США и Канаде 15

1.3. Основные принципы формирования системы мониторинга и прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 32

ГЛАВА 2. Исследование методов прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 38

2.1. Методологические подходы к прогнозированию возникновения аварийных ситуаций 38

2.2. Вероятностно-эвристический подход к прогнозированию возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 47

2.3. Исследование эффективности существующих методов и методик прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 55

ГЛАВА 3. Разработка методики прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 63

3.1. Методология разработки системы прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 63

3.2. Разработка сценариев развития аварийных ситуаций на КС МГ 66

3.3. Анализ утечек природного газа на оборудовании КС МГ 71

3.4 Разработка сценариев возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 79

ГЛАВА 4. Комплексная методика прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 93

4.1. Разработка методики оценки комплексной вероятности реализации отказа оборудования КС МГ 93

4.2. Разработка методики обработки данных 108

4.3. Комплексный анализ состояния промышленной безопасности КС «Слонимская» 112

Основные выводы 124

Список сокращений и условных обозначений 125

Список литературы 126

• Исследование современного состояния аварийности на КС МГ Российской Федерации, Республики Беларусь, США и Канаде
• Вероятностно-эвристический подход к прогнозированию возникновения аварийных ситуаций на КС МГ
• Разработка сценариев развития аварийных ситуаций на КС МГ
• Комплексный анализ состояния промышленной безопасности КС «Слонимская»

Введение к работе

Актуальность работы. Компрессорные станции магистральных газопроводов (КС МГ) являются опасными производственными объектами, последствия аварий на которых носят наиболее масштабный характер, по сравнению с авариями на других элементах системы МГ. Обеспечение безаварийной работы КС является основной целью как существующих систем эксплуатации оборудования КС, так систем обеспечения промышленной безопасности (ПБ) КС. Действующая система нормативной и правовой документации рассматривает «риск»-ориентированный подход к обеспечению ПБ как основной для опасных производственных объектов. Тенденции развития нормативно-правового обеспечения в области ПБ будут направлены на углубление применения «риск»-ориентированных методов в качестве дополнения и постепенной замены оснований директивно установленных норм и правил в пользу требований, установленных по результатам использования различных вероятностных методов оценки возникновения и развития аварийных ситуаций.

В Российской Федерации находятся в эксплуатации более 280 КС МГ, около 800 компрессорных цехов (КЦ), порядка 4000 газоперекачивающих агрегатов (ГПА), а также 13 КС, 17 КЦ и 115 ГПА эксплуатируются на территории Республики Беларусь, значительная часть из которых введена в эксплуатацию более 30 лет назад.

На сегодняшний день в управлении техническим состоянием и промышленной безопасностью системы МГ получили широкое распространение «риск»-ориентированные методы, которые базируются на анализе видов и последствий отказов, которые в свою очередь опираются на совокупность статистических и экспертных методов оценки вероятности возникновения и масштабности последствий аварии на объекте.

Указанные положения определяют актуальность разработки методики

прогнозирования возникновения аварий на оборудовании КС, которая учитывала бы его реальное техническое состояние и влияние факторов эксплуатации.

Целью диссертационной работы является совершенствование методики

прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на компрессорных станциях магистрального газопровода для обеспечения их надежной и безаварийной эксплуатации на основе синтеза экспертных методов анализа отказов и методов вероятностно-статистической оценки.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести анализ современного состояния эксплуатационной надежности КС МГ Российской Федерации и Республики Беларусь, исследовать эффективность существующих методик прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ;

2. Исследовать и идентифицировать возможные сценарии возникновения и развития аварийных ситуаций на КС МГ в процессе эксплуатации;

3. Разработать методику прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ, которая позволяет оценивать вероятность аварии с учетом реального технического состояния оборудования и факторов эксплуатации, с целью своевременного предупреждения аварийных ситуаций;

4. Выполнить апробацию разработанной методики с целью определения вероятностей реализации аварийных сценариев для оборудования КС и определения приоритетности вывода в ремонт оборудования КС.

Научная новизна работы заключается в развитии теоретических основ обеспечения надежности эксплуатации компрессорных станций магистральных газопроводов, в анализе видов и последствий аварий на КС на основе идентификации факторов, оказывающих наиболее значимое влияние на вероятность возникновения и масштаб последствий таких аварий, анализе и идентификации технологического оборудования КС по степени аварийности и создании методики и алгоритма прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ. В работе выполнен синтез экспертных и вероятностных подходов к анализу и прогнозированию риска. При этом разработанная методика сохраняет как плюсы математически не формализованных интегральных экспертных оценок, так и математически более обоснованных вероятностных методов.

Практическая значимость. Разработана методика, которая позволяет оценивать вероятность реализации аварийного сценария на различном оборудовании КС с учетом его реального технического состояния и факторов эксплуатации. Применение разработанной методики позволяет проводить анализ риска для КС основываясь на вероятности отказа технологического оборудования, с учетом его технического состояния и факторов эксплуатации, что подтверждено проведением апробации на материалах компрессорной станции «Слонимская».

Теоретическая значимость. Разработанные положения методики способствуют развитию «риск»-ориентированных методов и моделей обеспечения промышленной безопасности при эксплуатации компрессорных станций магистральных газопровод. Разработанная методика позволяет существенно повысить точность оценки риска и соответствие результатов оценки реальному техническому состоянию объекта анализа.

Методы исследования. В работе применялись методы: системного анализа, экспертных оценок (балльно-факторный анализ, весовые оценки в группах факторов), математической статистики (определение критерия согласия ²). Для определения тесноты связи между произвольным числом ранжированных признаков использовался метод корреляционного анализа по критерию конкордации Кенделла (множественный коэффициент корреляции). В работе для анализа риска применялись вероятностно-эвристические методы (построение «дерева отказов» и «дерева событий»).

На защиту выносятся следующие положения:

5. Результаты анализа эксплуатационной надежности и существующих методов прогнозирования возникновения аварий на КС МГ Российской Федерации и Республики Беларусь;

6. Классификация факторов, оказывающих наиболее значимое влияние на вероятность возникновения и масштаб последствий аварий на оборудовании КС МГ, и возможных сценариев возникновения и развития аварийных ситуаций, возникающих в процессе эксплуатации;

7. Методика прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ в процессе эксплуатации, позволяющая оценивать вероятность возникновения аварийных ситуаций на оборудовании КС с учетом его реального технического состояния и факторов эксплуатации;

8. Алгоритм реализации разработанной методики на примере одной из существующих КС системы МГ Республики Беларусь.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на конференциях, семинарах, научных заседаниях, посвященных вопросам надежности и безопасности трубопроводного транспорта нефти и газа, в том числе:

9. X Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», Москва, 10-12 февраля 2014г.

10. 18-20 ноября 2014 г. Уфимский государственный нефтяной технический университет «VII Международная научно-практическая конференция молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники-2014»

11. 24–26 ноября 2014г. Gubkin University SPE Student Chapter “Oil and Gas Horizons VI”

12. 25–28 ноября 2014г. Полоцкий государственный университет VIII международная научно-техническая конференция «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта»

5. 25–27 ноября 2014 г., Москва, ВДНХ КРУГЛЫЙ СТОЛ «Трубопроводный транспорт углеводородов» в рамках выставки «Российская выставка с международным участием «ТРУБЫ И ТРУБОПРОВОДНЫЕ СИСТЕМЫ. НЕФТЬ. ГАЗ. ЖКХ»

6. 14–16 апреля 2015г, Международная молодежная научная конференция «Нефть и газ — 2015»

7. 20 – 23 октября 2015г., г. Москва, РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, Одиннадцатая всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности (газ, нефть, энергетика).

8. 24 – 26 ноября 2015г., г. Москва, РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, Международный Молодежный научно-практический Конгресс «Нефтегазовые Горизонты», Oil and Gas Horizons;

9. 8-10 февраля 2016 г., г. Москва, XI Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России».

Публикации. Автором опубликовано 16 научных статей, из них по материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 статьи — в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, трех приложений. Работа изложена на 132 страницах, включает 30 иллюстраций и 51 таблицу. Библиография включает 112 литературных источников.

Исследование современного состояния аварийности на КС МГ Российской Федерации, Республики Беларусь, США и Канаде

Общим недостатком существующего на данный момент нормативно-технического обеспечения безопасности компрессорных станций МГ является подход, при котором обеспечение безопасности реализации проектов объектов трубопроводного транспорта, рассматривается только на стадии эксплуатации, исходя из конечного состояния системы. В соответствии с данным подходом считается, что безопасность опасного производственного объекта в стадии эксплуатации обеспечена, если соблюдаются все требования нормативно-технических документов и требований.

В тоже время набирающие популярность «риск»-ориентированные подходы к обеспечению безопасности указывают на постоянно существующую возможность реализации аварийной и чрезвычайной ситуации, вероятность которых выражена и определена в «карте» риска, которая может быть составлена для любого промышленного объекта [66].

Обобщение подходов к оценке рисков возникновения аварийных ситуаций (АС) показало, что качественные и количественные связи организационных, технологических и управленческих характеристик проекта и соответствующие изменения в ходе реализации проекта определяют параметры опасных, аварийных и чрезвычайных процессов на всех стадиях жизненного цикла проекта компрессорной станции магистрального газопровода.

На данный момент существует большое количество нормативной и регламентирующей документации, которая определяет порядок расчетов и проектирования компрессорных станций магистральных газопроводов. Однако, вопрос построения модели взаимодействия проекта компрессорной станции с окружающей средой в различных климатических условиях, в том числе сложных, а так же при различных социально-экономических условиях, требует детальной разработки.

Проведенный анализ законодательной и нормативной базы [67], которая используется при проектировании, строительстве и эксплуатации КС магистральных газопроводов, а также печатных научно-исследовательских публикаций по проблемам промышленной безопасности и чрезвычайным ситуациям показал следующее. В настоящее время ни один нормативный документ российского законодательства в области обеспечения промышленной безопасности или охраны окружающей среды не определяет основы построения системы управления деятельностью трубопроводных компаний по предупреждению чрезвычайных ситуаций в процессе реализации проектов.

Проект компрессорной станции магистрального газопровода необходимо рассматривать как сложную организационную систему, которая включает в себя этапы проектирования, строительства и эксплуатации всех видов ресурсов (временных, трудовых, финансовых и материально-технических), а также процесс принятия и исполнения управленческих решений. Такая система имеет в наличии также ряд ограничений и правил взаимодействия её элементов, которые включают в себя продолжительность, интенсивность, последовательность, совмещение и важнейший фактор — надежность. Все эти элементы выполняются в процессе реализации проекта.

Таким образом, основой в системе предупреждения аварийных и чрезвычайных ситуаций является разработка мероприятий по обеспечению безопасной реализации проекта и минимизации влияния негативных последствий наступления опасных событий.

Предупреждение чрезвычайных ситуаций и реагирование на отрицательные последствия их возникновения производится в трех направлениях [67]: — устранение угрожающего события, т.е. устранение потенциальных причин возникновения чрезвычайной ситуации. Невозможно устранить все риски возникновения чрезвычайных ситуаций, присущие проектам компрессорной станции магистрального газопровода, но некоторые из них возможно устранить с наименьшими потерями для реализации проекта. Рисковые события могут быть предотвращены так же благодаря выбору другого подхода к проекту, то есть разработке альтернативной стратегии. — уменьшение ожидаемых потерь при чрезвычайной ситуации путем уменьшение вероятности возникновения риска чрезвычайной ситуации, или через уменьшение потенциальных потерь (например, через страхование), либо через то и другое. Одним из основных методов является контрактация. При использовании данного метода риски могут быть заранее существенно уменьшены через привлечение внешних организаций к проекту. Например, риск применения незнакомой или новой технологии производства отдельных видов работ при строительстве магистральных трубопроводов может быть сокращен за счет привлечения организации, имеющей опыт использования этой технологии. Наряду с этим, следует иметь в виду, что контракты часто замещают один риск другим. Так же отнесение всех технических рисков на подрядчика может увеличить стоимость контракта. В условиях контракта также должны быть предусмотрены меры, страхование или другие услуги, предназначенные для снижения негативных последствий проектных рисков. — принятие последствий. Принятие может быть активным (через разработку мероприятий на случай наступления события возникновения чрезвычайной ситуации), или пассивным (в план закладывается большая продолжительность строительства, меньше гарантированный срок эксплуатации, меньшая прибыль и тому подобное).

Планирование действий мониторингу и прогнозированию аварийных ситуаций в проектах КС магистральных газопроводов включает в себя разработку плана управления рисками аварийных ситуаций и оперативного плана действий (мероприятий) в рисковых ситуациях, которые могут привести к возникновению АС. План управления рисками АС - это документ, в котором описываются процедуры и мероприятия, которые должны использоваться для управления рисками АС в течение всей реализации проекта. Он составляется с учетом нормативно-технических требований, принятых проектно-конструкторских решений, требований определенных при проведении тендеров (торгов подряда), условий заключенных контрактов (на поставку материально-технических ресурсов, выполнение отдельных видов работ и т.п.) и договоров страхования.

Перед началом разработки методики оперативного реагирования на проявление рисковых событий возникновения чрезвычайной ситуации, необходимо в процессе оценки рисков определить перечень событий, требующих внимания и реагирования, и перечень событий, не требующих реагирования, на которые можно не обращать особого внимания. При этом обязательно должно быть указано, кем конкретно принято такое решение. На основе составленного перечня, определяем методы и средства оперативного реагирования на последствия рисковых событий возникновения чрезвычайной ситуации.

Оперативный план действий в рисковых ситуациях - это описание оперативных мероприятий, которые необходимо реализовать в случае наступления опасных и аварийных событий, которые могут привести к чрезвычайным ситуациям в проекте магистрального газопровода. Обычно он входит в план управления рисками, но может также разрабатываться и использоваться самостоятельно.

Вероятностно-эвристический подход к прогнозированию возникновения аварийных ситуаций на КС МГ

Вероятностно-эвристический метод основывается на сложной системе формирования качественных и количественных оценок на основании мнений компетентных специалистов, экспертов. Спектр его применения — сложные технические системы со значительным числом внутренних связей, для которых формирование адекватной математической модели крайне сложно или невозможно. Метод нашел широкое применение в условиях недостатка информации и невозможности формализации задачи.

Метод можно разделить на три блока, каждый из которых решает определенные задачи: на первом этапе эксперты, опираясь на логическое мышление и интуитивные суждения (в основе которых лежит их опыт и знания), проводят анализ задачи и ей элементов; на втором этапе эксперты, используя различные методы экспертной оценки (дискуссия, анкетирование, мозговой штурм, оценка сценариев, попарное сравнение и тд.), решают и выдают количественные и качественные характеристики проанализированных элементов; на третьем этапе полученные от экспертов заключения обрабатываются и сводятся в единую систему [77], [78].

К методам экспертной оценки относят следующие: «Дельфи», ранжирования, балльной оценки, парного сравнения, непосредственной оценки, последовательного сравнения.

Приведем некоторые основополагающие характеристики методов экспертной оценки. Ранжирование — процедура расположения отдельных сравниваемых элементов по одному или нескольких критериев сравнения. Процедуру упорядочивания выполняет эксперт на основе собственных решений. Ранжирование позволяет установить сложившиеся между элементами связи, выбрать наиболее и наименее существенные из них. Использование данного метода может включать в себя как количественную, так и качественную оценку сравниваемых элементов. К достоинствам данного метода относится простота его реализации, а к недостаткам — сложность или невозможность построения ранжируемого ряда при числе элементов превышающим 15-20.

Парное сравнение — процедура сравнения различных элементов попарно. Применение этого метода не позволяет получить полного упорядочивания всех элементов, но позволяет выявить в парах более и менее значимые элементы. Метод применим к большому числу элементов, в том числе, если различия между отдельными элементами незначительны.

Балльная оценка — метод оценки риска по обобщенному показателю, который формируется на основе группы факторов риска. Метод представляет собой процедуру состоящею из следующих основных этапов: 1) определение группы факторов, непосредственно влияющих на степень риска объекта; 2) определение для каждого фактора численных показателей, которые характеризуют риск в области указанного фактора; 3) определение влияния каждого фактора на обобщенный показатель риска (весовая оценка факторов; 4) определение шкалы оценок по каждому из факторов; 5) определение методики расчета обобщенного показателя риска (интегральная, алгоритмическая, функциональная и др.).

Наиболее сложным в данном методе является присвоение каждому из факторов численной оценки, поскольку данная процедура требует значительной информации о состоянии оцениваемого объекта. Чаще всего применяют шкалу интервалов, которая разбивается на отдельные отрезки, каждому из которых присваивают отдельные числовые значения. После чего эксперту необходимо поместить оцениваемый фактор в один из интервалов, тем самым присвоив ему численное значение характерное для данного интервала. Данный метод требователен к полноте представляемой информации и к квалификации экспертов.

Метод «Дельфи» — процедура группового анкетирования, которое осуществляется с помощью опросных листов или ЭВМ. Метод состоит из отдельных этапов. На первом этапе группа экспертов основываясь на своей квалификации проводит оценку элементов по указанным в опросном листе правилам. После первого этапа проводится интегральная оценка ответов экспертов, эксперты информируются о результатах этой оценки. На втором этапе эксперты выполняют такую же процедуру оценки по опросным листам, но с учетом группового мнения. После данного этапа также проводится оценка результатов и доводится до экспертов. Последующие туры проводятся до того момента, пока групповое мнение экспертов перестает существенно меняться от тура к туру. Таким образом, метод позволяет оценить групповое мнение экспертного сообщества. К недостаткам этого метода стоит отнести его продолжительность, а так же специфические ситуации, которые могут возникнуть в случае если в экспертном сообществе нет единого мнения по решаемой проблеме. В таком случае каждый тур будет показывать наличие различных групп мнений по проблеме, которые могут значительно друг от друга отличаться, по мере проведения экспертных туров эти группы мнений не сближаются, а чаще всего обосабливаются. Непосредственная оценка — процедура прямого оценивания отдельных элементов или факторов по определенной дискретной или непрерывной оценочной шкале. Данный метод основан на том, что эксперт на основе своего опыта и квалификации присваивает определенные численные параметры указанным факторам. Применение указанного метода требует наличие оценочной шкалы, которая может представлять собой непрерывное множество какого-либо численного значения либо группы интервалов, каждому из которых присвоено определенное численное значение.

Последовательное сравнение — комплексная процедура сочетающая ранжирование и непосредственную оценку. Метод основан на проведении на первом этапе ранжирования определенных элементов по определенным критериям, на втором этапе каждому из элементов присваивается численное значение в установленном интервале баллов.

Спектр решаемых экспертным методом проблем можно разделить на два класса: К первому относятся проблемы с достаточной обеспеченностью информацией. При этом методы опроса и обработки основываются на использовании принципа «хорошего измерителя», т. е. эксперт — качественный источник информации; групповое мнение экспертов близко к истинному решению;

Ко второму относятся проблемы с недостаточной информационной обеспеченностью. В этом случае экспертов уже нельзя рассматривать как «хороших измерителей» и необходимо критически подходить к обработке результатов экспертизы во избежание существенных ошибок. В литературе в основном рассматриваются вопросы экспертного оценивания для решения задач первого класса.

Экспертные методы анализа и прогнозирования позволяют рассматривать и неформализованные задачи, поскольку процедура экспертного анализа не имеет четких алгоритмов. Экспертиза может быть реализована как самим управляющим проектом — аналитиком при наличии достаточных знаний, но часто ответственность задачи или ее специфика требуют использования независимого мнения, а иногда и нескольких, что может быть достигнуто только привлечением сторонних экспертов. Во втором случае возникает необходимость решения следующих проблем: отбор квалифицированных экспертов; выбор эффективного способа взаимодействия исследовательской группы с экспертами, а при групповой экспертизе - экспертов между собой; определение метода обработки и интерпретации информации, полученной от экспертов.

Разработка сценариев развития аварийных ситуаций на КС МГ

Анализируя требования нормативной документации в области промышленной безопасности, был выделен основной критерий аварии на компрессорной станции, разрушение или отказ технологического оборудования с утечкой природного газа. Указанный критерий позволяет сосредоточиться на анализе наиболее опасных для КС аварийных ситуаций,

исключив из анализа незначительные отказы вспомогательного оборудования и элементов, которые не оказывают влияние на работоспособность КС и на объемы транспортируемого газа.

В результате проведенных исследований была построена схема развития аварийной ситуации на КС МГ, основываясь на выделенных критериях, были разработаны сценарии развития аварийной ситуации на КС. Сценарий с одной стороны характеризует вероятность развития аварийной ситуации именно по указанному пути, с другой стороны характеризует масштаб последствий такой аварийной ситуации.

Каждый из разработанных сценариев, в целях дальнейшего численного анализа, был охарактеризован шестью определенными качественными оценками, каждая из таких оценок качественно описывает последствия аварии по различным направлениям, а их совокупность позволяет оценить последствия аварии наиболее полно и во всех возможных нюансах.

Для дальнейшего применения разработанных сценариев необходимо численно оценить вероятность их реализации и масштаб их последствий. Такая оценка будет базироваться с одной стороны на статистической информации, с другой стороны на экспертном анализе. Такой подход позволит наиболее полно и точно построить «рисковую» модель компрессорной станции.

На сегодняшний день для описание потерь природного газ на компрессорных станциях магистральных газопроводов опирается на следующие нормативные документы: Технологический регламент на проектирование компрессорных станций (раздел «Охрана атмосферного воздуха»); — РД 153-39.0-112-2001 «Методика определения норм расхода и нормативной потребности в природном газе на собственные технологические нужды магистрального транспорта газа» — СТО Газпром 2-3.5-113-2007 «Методика оценки энергоэффективности газотранспортных объектов и систем» — СТО Газпром 2-1.20-535-2011 «Целевые показатели энергоэффективности работы дочерних обществ ОАО «Газпром» по добыче, транспортировке, подземному хранению, переработке и распределению газа».

В соответствии с этими документами потери природного газа при эксплуатации КС подразделяются на организованные (залповые) выбросы и неорганизованные выбросы (потери газа в аварийных и чрезвычайных ситуациях). Существующей на сегодняшний день нормативной литературой определен спектр штатных технологических операций, при которых происходит выброс природного газа в атмосферу при безаварийной эксплуатации.

К таким операциям относятся: — запуск ГПА (работа пусковой расширительной турбины — турбодетандера и продувка контура нагнетателя); — останов ГПА (стравливание газа из контура нагнетателя); — обслуживание установки очистки газа (продувка аппаратов); — стравливание газа из всех технологических коммуникаций цеха для проведения ремонтного обслуживания или в экстраординарной ситуации.

Анализ режимов работы указанного оборудования показывает, что с одной стороны контролируемые выбросы природного газа происходят на КС регулярно, но при этом интенсивность и объем выбросов невелики. Также следует отметить, что нормативной документацией прямо запрещается осуществлять плановые выбросы природного газа одновременно на разном оборудовании.

Однако, указанные нормативные документы, не рассматривают выбросы природного газа в аварийных ситуациях, за исключением ситуации вынужденной остановки всех агрегатов компрессорного цеха одновременно. При этом для расчета объемов выбросов природного газа в такой ситуации применяются методики аналогичные расчетам для штатных выбросов. Таким образом, объем и время действия залпового выброса из каждого источника одинаков как в штатных, так и нештатных ситуациях. Нештатная ситуация с вынужденной остановкой всех ГПА оценивается нормативной литературой как маловероятная, с частотой для одной КС равной 1 раз в 5 лет [101].

Для оценки утечек природного газа необходимо проанализировать статистическую информацию об обнаруженных утечках природного газа. Основываясь на исследовании [102] следует отметить, что в качестве основных причин потерь газа на компрессорных станциях выделены следующие: — техническое состояние технологического оборудования; — применение устаревшей техники и технологий; — физический износ оборудования.

Разгерметизация оборудования в условиях эксплуатации Сварные швы; фланцевые, резьбовые, штуцерные соединения; сальниковые уплотнения; краны; задвижки Неплотности запорно-регулирующей арматуры Штоки кранов и вентилей, резьбовые соединения импульсных трубок, устья свечей (кран в положении «закрыто») Повреждение стенки (корпуса) оборудования Свищи, трещины, разрывы, сквозные коррозионные повреждения Средний объем утечек природного газа на КЦ КС определен авторами в размере 2,7 м3/ч на 1 МВт установленной мощности КЦ [102]. Таким образом, проанализировав существующие подходы к анализу утечек природного газа на КС МГ следует отметить следующие: 1) Существующая нормативная документация прямо рассматривает утечки природного газа на КС как один из важнейших факторов неаварийных потерь; 2) Существующие методики расчет потерь природного газа на КС основаны на балансовом методе учета; 3) Исследования специалистов ОАО «Газпром» показывают, что выбросы природного газа происходят как во время проведения штатных технологических операций, так и во время нормальной эксплуатации оборудования КС; 4) Обследование оборудования КС показывает, что утечки природного газа в процессе нормальной эксплуатации происходят на отдельных элементах всего технологического оборудования КС.

Анализ литературы показывает, что на данный момент не существует моделей и сценарий аварий на КС МГ с утечкой природного газа. Без наличия таких моделей невозможен адекватный анализ состояния промышленной безопасности КС, а также создание и развитие системы управления промышленной безопасность КС МГ.

Для классификации оборудования КС по возможности и масштабности утечки природного газа следует провести исследование технологических элементов КС, для которых возможны утечки природного газа при аварийных ситуациях.

На первом этапе необходимо выделить основные технологические элементы КС: — Коллекторные трубопроводы КС (трубопроводы природного газа низкого и высокого давления, подземного и надземного исполнения; запорная арматура); — Система очистки природного газа (пылеуловители, фильтры-сепараторы второй ступени); — Система охлаждения природного газа (аппараты воздушного охлаждения); — Центробежные нагнетатели; — Установка подготовки топливного, импульсного и пускового газа; — Газотурбинные установки ГПА; — Система импульсного газа;

Комплексный анализ состояния промышленной безопасности КС «Слонимская»

Вариационный размах позволяет оценить разницу между минимальной и максимальной оценкой эксперта. В случае, если вариационный размах превышает 2 балла по какому-либо фактору, следует провести повторный опрос экспертов с целью выявления разногласия в оценке указанного фактора.

Среднее линейное отклонение позволяет оценить разброс мнений экспертов по фактору. Высокое значение (больше 1,5) этого критерия указывает на наличие большого разброса во мнениях экспертов, в том числе наличие двух значительно различаемых мнений (или групп мнений) экспертов. В случае, если среднее линейное отклонение превышает 1 по какому-либо фактору, следует провести подробное исследование выставленных экспертами баллов, для определения причины отклонения.

В случае, если дисперсия превышает 1 балл, следует провести подробный анализ фактора, для устранения расхождения мнений экспертов.

При выполнении всех трех критериев будем считать, что балльное экспертное мнение согласованно.

На третьем этапе необходимо провести усреднение мнений экспертов с определением среднего значения.

Для каждого из п факторов рассчитывается среднее значение экспертного балла і-го фактора по п числу экспертов: xt =-Id-iXi;xi =-Z?-iXi =-( i+ (18) Интегральная экспертная оценка j-го элемента представляет собой сумму произведений среднего экспертного значения по каждому фактору на весовой коэффициент данного фактора: Yj=Z?=1xl-zi (19) где: Zj — весовая оценка і-го фактора в группе факторову -го элемента. Коэффициент технического состояния 7-го элемента: а,- = (20) где: УСр — среднестатистическое значение фактора.

Балльная оценка группы факторов имеет значение в диапазоне [1;9], где 9 баллов соответствует наиболее худшему состоянию определенного фактора технологического элемента, а 1 балл — наилучшему состоянию. Поскольку интенсивность отказа оборудования в п. 4.2 принята по консервативной гипотезе, которой соответствует наибольшая интенсивность отказа (интенсивность отказа оборудования в наихудших условиях), то среднестатистическое значение фактора принимается равным значению, описывающему наихудшее состояние элементов оборудования (8 баллов). Таким образом, спектр возможных значений коэффициента технического состояния лежит в диапазоне [ /о;1], где 1 соответствует наихудшему состоянию элемента оборудования КС, а Vg — наилучшему.

Таким образом, для определения интенсивности отказа j-го элемента с учетом его технического состояния: Х,=а,-ХсУ (21) где: я;р — оценка интенсивности отказа для j-го элемента (может быть среднестатистической оценкой, консервативной или др.); Вероятность отказау -го элемента: Ptj = 1 - e Xyt (22) Вероятность безотказной работыу-го элемента: Qtj = ! - ptj (23) Вероятность безотказной работы к-го оборудования, состоящего из j элементов, имеет вид: Qtk = Щ=і Qtj (24) Вероятность отказа к-го оборудования: Ptk = l-Qtk = l- Щ=1 QtJ (25) 111 Вероятность реализации сценария на k оборудовании: Рк =PtkmIl?=iPn (26) где: Рп — факторы реализации конкретного сценария; В качестве факторов реализации сценариев могут быть применены: Р — вероятность реализации сценария a на оборудовании k; РЗА — вероятность несрабатывания запорной арматуры при развитии аварии; Ра — вероятность развития сценария a; Рп — вероятность срабатывания или несрабатывания системы пожаротушения при благоприятном или неблагоприятном развитии аварии. К факторам реализации конкретного сценария в рамках применяемой модели относят следующие вероятности: Р3— вероятность немедленного загорания; Р03— вероятность отложенного загорания; вероятность взрыва; Рф—вероятность повреждения оборудования факторами аварий.

Комплексный анализ состояния промышленной безопасности КС «Слонимская» Цель проведения комплексной оценки состояния промышленной безопасности КС: 1) мониторинг параметров безопасности КС на стадии эксплуатации; 2) прогнозирование тенденций изменения состояния безопасности КС; 3) расчет вероятностей отказов технологического оборудования КС. На первом этапе эксперты оценивали весовые коэффициенты (опросные листы технологического оборудования КС по «весовым коэффициентам» представлены в приложении 2) факторов промышленной безопасности для выделенного технологического оборудования (рисунок 26).Схема КС «Слонимская» Каждый из факторов всего технологического оборудования получил весовую оценку в диапазоне (0;1), которая является усредненной оценкой десяти экспертов. Для каждой группы факторов проведен анализ согласованности мнений экспертов, результаты представлены в таблице 32 и 33. Для групп факторов №12 Пылеуловитель, №7 АВО оценка коэффициента конкордации и расчет значимости не представляется возможным, поскольку каждая из этих групп состоит из двух факторов, значимость которых эксперты оценивают равнозначно. Т.е. весовая оценка для каждого из этих факторов близка к 0,5. В таких условиях невозможно корректно определить значения критериев оценки, однако, поскольку мнение экспертов согласованно и среди экспертов нет значительно отличающихся оценок, можно считать, что для этих групп оценка выполнена корректно.

Для групп факторов №13 и №18 Технологические трубопроводы, №2 ГТУ ГПА расчетное значение коэффициента конкордации меньше 0,7. Подробный анализ указанных групп факторов показал, что в этих случаях в группах присутствуют три или более факторов с одинаковой или близкой весовой оценкой. В этих случаях применение критерия на основе коэффициента конкордации не показательно, и не отражает степень согласованности экспертов. Анализ значений весовых коэффициентов, указанных экспертами для этих факторов, показывает, что мнение экспертов согласовано, и отсутствуют значительные расхождения в оценках значимости отдельных факторов. Можно считать, что для данных групп оценка также выполнена корректно и может использоваться в дальнейшем расчете.

Таким образом, на первом этапе была проведена экспертная оценка весовых факторов для каждого из коэффициентов. Обработка данных и анализ их по критериям указанным в п. 4.2 показала, что все оценки являются согласованными и готовыми к дальнейшему применению в расчетах.

На втором этапе проводилась балльная оценка факторов для всего комплекса технологического оборудования (опросные листы представлены в приложении 3). Балльные оценки экспертов подверглись анализу по критериям п.4.2, результаты представлены в таблице