Введение к работе
Актуальность проблемы, В результате аварий на промышленных предприятиях СССР за период с 1989 по 1991 гг. в среднем ежегодно погибало 70249 человек. После возникновения СНГ в результате производственных аварий и катастроф на промышленных предприятиях число человеческих жертв увеличилось в среднем в 4,7 раз. Ежегодный социально-экономический ущерб от аварий в промышленности в России оценивается в 15-19 млрд. руб. (в ценах 1995 г.).
По свидетельствам французских специалистов в развитых странах около (20+25)% пожаров возникают из-за плохого качества и недостаточно квалифицированной эксплуатации электротехнических устройств, при этом во многих случаях причиной пожаров в электроустановках являются короткие замыкания (КЗ). Всего же з мире ежегодно 5% аварий от общего их количества (взрывы, пожары) происходит эт воздействия электрического источника на опасную газовоздушную среду. Тяже-пые последствия аварий, происходящих в различных странах, привели к тому, что Организация Объединенных Наций 17 августа 1990 г. создала рабочую группу для эазработки документа "Конвенция о трансграничном воздействии промышленных зварий ", принятому ООН в 1992 г. В статье 14 документа говорится, что государства, входящие в ЕЭС, по мере необходимости вступают с предложениями о сотрудничестве в области проведения исследований и разработок методов и технологи, способных предотвратить промышленные аварии, обеспечить готовность к ним л ликвидацию их последствий.
Российское Акционерное Общество "Газпром" - крупнейшая промышленная азовая компания мира, на долю которой приходится 94% российских и 22% миро-зых поставок газа. В 1996 г. РАО "Газпром" добыто 559,5 млрд.м3 газа, одна треть которых экспортирована в страны ближнего зарубежья и Европу. В 1997-1999 гг. напечено ввести в разработку Юбилейное, Ямсовейское и Харвутинское месторождения с общей годовой добычей 40 млрд.м3 газа. С 1998 г. начнется добыча газа на Заполярном газонефтеконденсатном месторождении с доведением добычи к 2005 г. 1.0 90-100 млрд.м3 в год.
В связи с интенсивной эксплуатацией действующих и вводом новых производств по добыче, транспорту и переработке газа одной из наиболее актуальных ;тановится проблема, связанная с обеспечением безопасности электротехнических ;истем газовой промышленности России, особенно в регионе Западной Сибири.
За период с 1985 по 1995 гг. на производственных объектах газовой промыш-пенности зафиксировано 14 случаев взрывов газовоздушной смеси, 4 из них - от ис-
точников электрического происхождения.
Только в одном 1994 г. в РАО "Газпром" было зафиксировано 190 пожаров, 38 из которых - на производстве, а по причинам неисправности электрооборудования -19. За этот период на газоперерабатывающих и газотранспортных предприятиях Западной Сибири произошло 28 пожаров с общим ущербом 52,3 млн. руб. и уничтоженным оборудованием на 21 млн. руб. (цены 1991г.).
За период с 1988 по 1995 гг. в газовой промышленности электрическим током было смертельно поражено 36 человек.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что одной из крупных научных проблем в процессе добычи, транспортировки и переработки газа и газового конденсата, имеющей важное народнохозяйственное значение, является развитие теоретических основ, разработка методов и организационно-технических решений, способных предотвратить такие случайные события, как взрыв, пожар и поражение людей электрическим током при эксплуатации электротехнических систем газовой промышленности.
Значительный вклад в разработку методов и средств по обеспечению без
опасности систем электроснабжения и электрооборудования в различных отраслях
промышленности внесли: Ю.Г.Бацежев, В.А.Бунько, С.И.Гамазин, П.А.Долин,
В.С.Дзюбан, С.А.Волотковский, Л.В.Гладилин, П.Ф.Ковалев, А.П.Ковалев,
В.П.Коптиков, В.П.Колосюк, А.А.Каймаков, Б.И.Кашолкин, С.И.Коструба, В.С.Кравченко, А.В.Ляхомский, М.И.Макаров, Б.Г.Меньшов, В.Т.Монахов, А.Г.Мнухин, Ю.П.Миновский, П.П.Пироцкий, Г.Г.Пивняк, А.Е. Погорельский, Г.И.Разгильдеев, А.И.Ревякин, И.А.Рябинин, А.С.Забиров, В.С.Серов, В.Г.Соболев, Е.Д.Соложенцев, Л.И.Сычев, Г.И.Смелков, Е.Ф.Цапенко, Н.В.Шипунов, В.И.Щуцкий, Ф.П.Шкрабец, В.А.Шпилевой, А.И.Якобс, Э.Хенли, Х.Кумамото и др.
Связь темы диссертации с государственными научно-техническими программами. Работа выполнялась в соответствии с Приказом Мингазпрома СССР от 28.05.80 г. № ВД-944 "О повышении надежности электроснабжения и уровня эксплуатации электроустановок газовой промышленности"; Приказом Мингазпрома СССР от 04.07.85 г. № 115 "О мерах по дальнейшему совершенствованию ремонт-но-технического обслуживания энергомеханического и насосно-компрессорного оборудования"; Программой научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ газовой промышленности в 1986 - 1990 гг. и на период до 2000 г. - проблема ОП.О.11., задание VI "Разработать и внедрить научно-технические рекомендации, технико-экономические обоснования и организационно-технические мероприятия,
направленные на обеспечение надежной работы схем тепло- и электроснабжения, повышение уровня технической эксплуатации и безопасности обслуживания электроустановок газовой промышленности"; решением от 21.07.94 г. № 9-94 Бюро научно-технического совета РАО "Газпром" "Перспективы развития электропривода, электростанций собственных нужд и "малой энергетики"; научно-техническими программами предприятия "Ямбурггаздобыча" за период 1986 -1994 гг.
Целью работы является развитие теории оценки, прогнозирования и обеспечения нормируемого уровня взрыво-, пожаро-, электробезопасности при эксплуатации электротехнических систем газонефтеконденсатных месторождений для предотвращения аварий на технологических обьектах газовой промышленности.
Идея работы заключается в решении проблемы по снижению вероятности возникновения взрывов, пожаров, случаев поражения людей электрическим током на предприятиях РАО "Газпром" за счет прогнозирования этих опасных событий на ранней стадии развития и разработке мероприятий, обеспечивающих безопасность технологических объектов на нормируемом отраслевыми документами уровне.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись системы электроснабжения крупных газоконденсатних месторождений северных районов. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы: математического моделирования, основанные на теории вероятностей и математической статистике, теории надежности; математического моделирования физических процессов, основанные на теории цепей Маркова; экспериментальных исследований функционирования электротехнических объектов на основе специально организованных испытаний и наблюдений за объектами в ходе эксплуатации. Основные научные положения, выносимые на защиту.
-
Математическая модель, описывающая процесс возникновения аварий на предприятиях газовой промышленности при эксплуатации электрооборудования, отличающаяся от используемых в других отраслях производства тем, что позволяет учитывать частоту и длительность появления опасного источника, опасной среды, надежность средств защиты, сроков их профилактики, а также длительность самих проверок.
-
Закономерности, позволяющие оценить уровень взрывобезопасности установок комплексной подготовки газа при эксплуатации электрооборудования, учитывающие частоту появления опасной газовоздушной смеси, длительность ее существования, частоту отказов газовой защиты и систем аварийной вентиляции, сроки их профилактики, а также средний интервал времени между появлениями опасного
источника (короткого замыкания) и длительность его существования.
-
Вероятностная математическая модель процесса возникновения пожара в узлах системы электроснабжения газодобывающих предприятий при ее эксплуатации, учитывающая частоту появления опасного источника, длительность его существования, надежность средств максимальной токовой защиты, сроки ее профилактики, частоту и длительность нахождения горючего материала в непосредственной близости от места появления опасного источника.
-
Зависимости, позволяющие оценить вероятность возникновения аварий (пожаров) в блочных газотурбинных установках при их эксплуатации, учитывающие частоту "сбросов" электрической нагрузки на валу генератора, надежность систем регулирования газотурбинного двигателя (реагирующих на "повышение оборотов" силовой турбины и генератора) и сроки их профилактики, обеспечивающие результирующую эксплуатационную безопасность газотурбинной электростанции на нормируемом уровне.
-
Метод оценки вероятности поражения человека электрическим током при эксплуатации оборудования, учитывающий частоту и длительность появления опасного потенциала на корпусах электрооборудования, надежность автоматических устройств защиты, частоту повреждений защитных проводников, сроков их осмотров и профилактики, а также частоту и длительность прикосновения человека к корпусу электрооборудования без индивидуальных средств защиты.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным применением основополагающих теоретических и экспериментальных методов исследования (теории однородных марковских процессов, теории полумарковских процессов, теории матриц, теории вероятностей, моделирования аварийных ситуаций на ЭВМ); соответствием объема данных наблюдений ГОСТ 22782 .6-84; адекватностью математических моделей и физических объектов, что подтверждено достаточной сходимостью результатов (достоверной вероятностью не ниже 0,8 и предельной относительной ошибкой не выше 0,2); положительными результатами внедрения разработанных методик расчета и рекомендаций в практику эксплуатации электротехнических систем газодобывающих предприятий.
Научная новизна результатов исследований заключается в: - разработке методов математического моделирования и расчета безопасности промышленных систем электроснабжения применительно к газодобывающим
предприятиям Крайнего Севера, позволяющим прогнозировать возникновение взрывов, пожаров от электрических источников и случаи электротравматизма при эксплуатации электротехнических комплексов;
разработке зависимости вероятности возникновения взрыва от частоты появления опасной газовоздушной смеси, длительности ее существования, частоты отказов систем защиты и аварийной вентиляции, сроков их профилактики, а также среднего интервала времени между появлениями опасного источника - КЗ и длительности его существования в электроустановках газовой промышленности;
оценке уровней взрывобезопасности реально эксплуатируемых цехов и производственных помещений установок комплексной подготовки газа, их локальных зон и установок технологических компрессоров;
разработке метода инженерного расчета оптимального с точки зрения пожарной безопасности интервала времени между профилактическими проверками систем отключения коммутационных аппаратов электроустановок газодобывающих предприятий;
установлении зависимости, позволяющей выбирать оптимальные с точки зрения безопасности сроки профилактики систем управления и защиты газотурбинных двигателей в соответствии с изменением частоты "сброса" электрической нагрузки на генераторе газотурбинной установки;
разработке метода экспериментального определения наиболее уязвимых при "сбросах" нагрузки генератора элементов систем защит реально эксплуатируемых газотурбинных установок, позволяющего определять требования к этим защитам с точки зрения повышения безопасности эксплуатации газотурбинных электростанций;
обосновании метода прогнозирования и выбора оптимальных с точки зрения электробезопасности сроков профилактики технических средств защиты электроустановок газовой промышленности.
Научное значение работы состоит в разработке математических моделей и зависимостей для расчетов взрывобезопасности цехов и производственных помещений установок комплексной подготовки газа, пожаробезопасности и электробезопасности размещенного в них электрооборудования; установлении аналитических зависимостей вероятности возникновения аварий от частоты появления и длительности существования опасного источника, надежности средств защиты, сроков их профилактики и состояния окружающей технологический объект среды, что является развитием теории оценки, прогнозирования и управления безопасностью элек-
тротехнических комплексов обьектов газовой промышленности.
Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по повышению уровня безаварийной и безопасной работы электротехнических комплексов и отдельных видов электрооборудования, эксплуатируемого в экстремальных природно-климатических условиях крупнейшей газодобывающей провинции страны; разработке инженерных методов расчета, позволивших при реальной эксплуатации электротехнических систем газовой промышленности прогнозировать вероятность возникновения взрывов в цехах и производственных помещениях установок комплексной подготовки газа от источников электрического происхождения, вероятность возникновения пожаров в электроустановках газодобывающих предприятий и вероятность поражения людей электрическим током при эксплуатации взрывозащищенного электрооборудования; выявлении наиболее "слабых" с точки зрения взрыво- пожаро- и электробезопасности элементов систем электроснабжения газоконденсатных месторождений, разработке организационно-технических мероприятий, повышающих безопасность эксплуатации этих систем до нормируемого отраслевыми документами уровня.
Реализация результатов работы.
Полученные в работе результаты в виде рекомендаций внедряются в практику эксплуатации и проектирования электротехнических систем газоконденсатных месторождений. Разработанные модели, зависимости, рекомендации и инженерные методы вошли в следующие отраслевые методические документы: "Методика обнаружения, учета и оценки вероятных опасностей в системах электроснабжения газовых промыслов северных районов Тюменской области" и " Методика оценки и повышения пожарной безопасности систем электроснабжения северных районов Тюменской области", достигнутый экономический эффект от разработанных в них рекомендаций составил 132,09 тыс. руб. (в ценах 1991 г.); "Методика оценки и повышения электробезопасности при эксплуатации электрооборудования в пожаро- и взрывоопасных цехах газовых промыслов северных районов Тюменской области (на примере Ям-бургского газоконденсатного месторождения)", согласованная с предприятием "Энергонадзор" Тюменской области 18.06.1993 г.; "Методика оценки вероятности возникновения взрывопожароопасных ситуаций в системах электроснабжения газовых промыслов, на технологических установках и помещениях, в которых они эксплуатируются", согласованная с Госгортехнадзором России письмом от 13.11.1995 г. № 10-03/386. Все указанные методики используются предприятиями РАО "Газпром" в качестве руководящих документов.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на 14 научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе: V Региональной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Особенности развития и эксплуатации Уренгойского и Ямбургского газонефтеконденсатных месторождений" (г.Новый Уренгой, 1988 г.); расширенном заседании IV секции Научного Совета АН СССР по проблеме надежности и безопасности электроснабжения северных районов страны" (г.Норильск, 1989 г.); семинаре специалистов концерна "Газпром" по проблеме 'Организация эксплуатации и развитие энергетики концерна "Газпром" (г.Москва,
-
г.); заседании научного семинара кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий и городов" Донецкого политехнического института (г.Донецк, 1991 г.); XIV Международной конференции по промышленной энергетике (г.Санкт-Петербург, 1993 г.); заседании школы-семинара "Проблемы энергосбережения в законодательстве и стандартах" (г.Киев, 1993 г.); заседании Бюро Научно-технического сове-га РАО "Газпром" "Перспективы развития электропривода, электростанций соб-лвенных нужд и "малой энергетики" (г.Москва, 1994 г.); VI Международной научно-технической конференции "Экология промышленного региона" (г.Донецк, 1995 г.); Региональной научной конференции "Творческое наследие В.И.Вернадского и современность" (г.Донецк, 1995 г.); I Международных академических чтениях "Новые технологии, материалы, оборудование" (г.Киев, 1995 г.); XV Международной конфе-эенции по промышленной энергетике (г.Лейпциг, 1996 г.); X Всероссийской межвузовской научно-технической конференции "Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели" (г.Москва, 1996 г.); II Научно-технической конференции 'Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" [г.Москва, 1997 г.); заседаниях научного семинара кафедры теоретической электротехники и электрификации промышленности ГАНГ им. И.М.Губкина (г.Москва,
-
-1997 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 41 работа. Основное содержание изложено в 33 научных работах, в том числе одной монографии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести лав и заключения. Она содержит 53 рисунка, 6 таблиц, список использованной литературы из 189 названий и приложения на 48 страницах.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту проф. Э.Г.Меньшову за научную и методическую помощь при подготовке диссертации.
