Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проведение первичного статистического анализа последствий аварий на магистральных газопроводах
1.1. Анализ причин аварий на газопроводах 13
1.2 Загрязнение окружающей среды при аварии на магистральных трубопроводах 19
1.3 Первичный статистический анализ экологических последствий разрывов газопроводов 21
Глава 2. Применение многомерного линейного регрессионного анализа для оценки негативного воздействия на окружающую среду аварийных разрывов магистральных газопроводов
2.1. Основные подходы при использовании многомерного линейного регрессионного анализа 45
2.2. Регрессионная модель максимального размера очага термического поражения при авариях на магистральных газопроводах 46
2.3. Регрессионная модель максимального радиуса разлета осколков газопровода 50
2.4. Регрессионная модель для определения полного объема выброса газа при разрыве газопровода 52
2.5. Регрессионная модель для определения среднего размера длины котлована при авариях на газопроводе 53
2.6. Определение зоны безопасности при разрыве магистрального трубопровода 54
Глава 3. Разработка статистических моделей для оценки последствий аварий магистральных газопроводов
3.1. Статистическая модель распределения длины разрыва газопровода 60
3.2. Оценка параметров гамма-распределения 69
3.3. Получение теоретического закона распределения длины разрыва газопровода 71
3.4. Статистическое моделирование максимального разлета осколков 80
3.5. Статистическая модель длины котлована 87
3.6. Практические рекомендации по результатам исследований 93
Общие выводы 99
Литература 100
- Загрязнение окружающей среды при аварии на магистральных трубопроводах
- Регрессионная модель максимального размера очага термического поражения при авариях на магистральных газопроводах
- Регрессионная модель для определения среднего размера длины котлована при авариях на газопроводе
- Получение теоретического закона распределения длины разрыва газопровода
Введение к работе
Последнее столетие характеризуется интенсивным ростом потребления энергии. Если 100 лет назад этот показатель в мире составлял около 280 Мт н.э. (мегатонны нефтяного эквивалента), то к 1989 г. он возрос до 8000 Мт н.э., т.е. увеличился почти в 30 раз[5].
Общий объем производства энергии в мире за последние 25 лет увеличился на 60%, при этом добыча угля возросла на 47 %, нефти - на 32 % и природного газа - на 124 %. Таким образом, удельный объем природного газа в мировом энергобалансе вырос с 17 до 24 %, при этом удельный вес нефти снизился с 48 до 39,5 %, а угля - с 30 до 27 %.
Только за период времени с 1970 по 1997 год разведанные запасы газа в мире увеличились примерно с 60 до 151 трлн. м3, т.е. в 2,5 раза обогнав рост потребления. Таким образом, обеспеченность запасами росла, несмотря на интенсивный рост добычи. Увеличивались и оценки геологических ресурсов, согласно которым ресурсы газа в настоящее время превышают 500 трлн. м3.
По оценкам международных экспертов, объем производства природного газа в мире возрос от 1,9 в 1990 г. до 2,3 трлн. м3 в 1996 г. и в перспективе возрастет до 3,6 в 2020 г. и 5 трлн. м в 2050 г. [5, 9].
Важной задачей, стоящей перед мировым сообществом в перспективе, является формирование устойчивой, общественно приемлемой энергетики, отвечающей триединому критерию - высокой энергетической, экономической и экологической эффективности. При этом речь идет не о частных изменениях, а о выборе и реализации нового пути развития энергетики. Ускоренное развитие газовой индустрии, превращение ее в доминанту энергетического роста являются необходимым условием решения этой задачи.
Даже в условиях жесткой конкуренции энергоносителей роль газа, как наиболее экологически чистого вида топлива, заметно возрастает, и, по прогнозам экспертов, его доля в энергобалансе мира к середине XXI в. может
составить 28-30 %, а по некоторым данным - 70 %.
По последним оценка, при современном уровне потребления, мир обеспечен природным газом на ближайшие 150 лет, но остаются еще фантастические ресурсы нетрадиционного газа, во много раз превышающие общие ресурсы всех, вместе взятых, других источников энергии [9].
Интенсивное развитие газовой отрасли как основы топливно-энергетического комплекса страны и высокие темпы потребления минерального жидкого и газообразного топлива обусловили создание и эксплуатацию разветвленной сети газопромысловых объектов, магистральных и потребительских газопроводов, взаимосвязанных с мощными компрессорными станциями, электросиловыми установками и многочисленными объектами подземного и наземного расположения.
Вопросам обеспечения надежной эксплуатации газотранспортных систем посвящены исследования ведущих ученых отрасли, среди которых необходимо отметить работы Березина В.Л., Будзуляка Б.В., Брянских В.Е., Васильева Г.Г., Галиуллина З.Т., Гумерова А.Г., Максимова В.М., Седыха А.Д., Поршакова Б.П., Харионовского В.В., Шутова В.Е. и других, на чьи существенно важные результаты автор опирался в своих исследованиях. Однако оценке экологических и техногенных последствий аварий на магистральных газопроводах, как одной из составляющих частей обеспечения безопасности их работы, уделялось значительно меньше внимания. Поэтому автору представляется актуальной разработка методов оценки возможных последствий аварий на магистральных газопроводах, что повысит безопасность их эксплуатации.
Газопроводы сооружаются и эксплуатируются в различных природно-климатических условиях, в регионах с различной промышленной и социально-экономической структурой, поэтому важнейшим направлением решения задачи охраны окружающей среды является исследование и прогнозирование всех возможных техногенных и природных процессов, происходящих при взаимодействии газотранспортных систем и всех
составляющих окружающую среду компонентов. В работах [2, 10] приведен достаточно подробный анализ антропогенного воздействия на окружающую среду нефтегазовой отрасли страны и сформулированы основные экологические проблемы, связанные с развитием газовой промышленности. Поскольку быстрое развитие этой отрасли сопровождается увеличением изъятия как возобновляемых, так и невозобновляемых природных ресурсов, а также привнесением в природную среду дополнительных количеств энергии и загрязняющих веществ антропогенного происхождения, то безопасность выдвигается в число основных характеристик промышленных объектов газового комплекса страны.
Федеральный закон «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», предписывает административным органам различных уровней соответствующее информирование населения о всех видах риска, связанных с техногенной деятельностью в регионе, а также разработку комплекса мероприятий, направленных на снижение негативного воздействия на окружающую среду и обеспечение безопасности населения в районе повышенного техногенного риска.
До недавнего времени основное направление в разработке технических систем безопасности состояло в том, чтобы полностью исключить, предотвратить или, по крайней мере, локализовать наиболее опасные воздействия, вызванные «максимально возможной», из физических соображений, проектной аварией. Поэтому основные усилия направлялись на то, чтобы обеспечить максимальную безопасность персонала предприятий и населения, проживающего вблизи них, именно от такого типа аварий.
Однако более глубокое изучение этой проблемы приводит к необходимости рассматривать не только худшие случаи, т.е. крайне редкие катастрофические аварии, но и аварии меньшего масштаба, но достаточно часто повторяющиеся, суммарный ущерб от которых может быть даже выше, чем от одной катастрофической аварии. Это, в свою очередь, влечет
необходимость использования понятия вероятности при оценке реализации опасных событий и их возможных последствий.
Таким образом, в общем случае потенциальная опасность в промышленности характеризуется, по крайней мере, следующими факторами: вероятностью возникновения аварии данного типа и величиной возможного экономического, экологического или социального ущерба.
Инженерные системы безопасности направлены на повышение надежности технологической цепи, т.е. на уменьшение вероятности возникновения аварий, а также на ограничение масштабов их развития. Организационные меры безопасности, включающие в себя создание охранных зон вблизи промышленных объектов, систем раннего оповещения, эвакуационных планов, укрытий, индивидуальных средств защиты, разработку комплекса мероприятий для выработки адекватной реакции технического персонала предприятия и населения, направлены на уменьшение потенциального ущерба в результате аварии. В конечном итоге системы мер безопасности направлены на уменьшение уровня промышленного риска.
С точки зрения вероятностного подхода понятие промышленного риска
характеризуется сочетанием: вероятности возникновения данного
неблагоприятного воздействия; вероятности возникновения
неблагоприятного воздействия именно данного типа и масштаба и вероятности катастрофического отклонения состояния промышленного объекта от нормального функционального состояния, в результате именно данного типа воздействия. В связи с этим возникает задача разработки научно-методической основы для количественной оценки и анализа риска объектов газовой промышленности различного назначения, а также типовых процедур проведения экспертизы характерных видов потенциальных аварий.
Наиболее общая последовательность этапов при количественном анализе уровня промышленного риска включает в себя:
обоснование целей и задач анализа и оценки риска;
анализ технологической специфики рассматриваемого промышленного объекта, идентификацию потенциальных опасностей и классификацию нежелательных событий, способных привести к нерегламентируемым выбросам загрязняющих веществ или скоротечным выделениям энергии;
определение частоты возникновения нежелательных событий;
установление характерных особенностей, определение общих объемов, интенсивности и продолжительности выбросов опасных веществ или выделений энергии в окружающее пространство для всего спектра нежелательных событий;
определение критериев поражения, его форм или допустимых уровней разового и систематического негативного воздействия различных источников на окружающую среду;
построение физико-математических моделей и расчет пространственно-временных характеристик, определяющих данный фактор риска, с учетом природно-климатических условий;
определение прямых и косвенных последствий негативного воздействия источников опасности на различные субъекты;
построение вероятностных зон потенциального риска вокруг каждого из выделенных источников опасности;
исследование влияния различных факторов на пространственно-временное распределение зон риска вокруг выделенных источников;
оптимизацию организационно-технических мероприятий по снижению риска до заданной величины.
На первом этапе, с учетом исходной информации, определяется необходимая глубина анализа и вырабатывается общий алгоритм решения задачи, формируются требования к необходимому информационному обеспечению отдельных этапов анализа. Далее проводится анализ технологической специфики самого объекта или в целом системы «объект -окружающая среда».
С учетом требований первого этапа анализируется информация по технологическому циклу, характеристикам основного оборудования, физико-химическим характеристикам веществ и материалов, системам управления и защиты, а также климатологическим и географическим характеристикам окружающей среды, объекта и инфраструктуры, данные о техническом персонале и населении вблизи данного технологического объекта. В первую очередь рассматриваются условия, непосредственно или косвенно влияющие на возникновение, варианты развития и последствия аварий.
Большинство опасных ситуаций на промышленных объектах газовой отрасли возникает в результате плановых или нерегламентированных (аварийных) выбросов в атмосферу токсичных, взрыво- и пожароопасных веществ, а также в результате быстротечного выделения большого количества энергии. Эти ситуации имеют различное происхождение, механизм и специфику воздействия на оборудование, промышленные и гражданские объекты, человека и окружающую среду, а также различные потенциальные масштабы распространения в окружающем пространстве. Поэтому необходимым этапом анализа является классификация характерных опасностей на рассматриваемом объекте, прежде всего, по физическому принципу.
Классификация характерных опасностей позволяет перейти к составлению общего перечня аварий, которые могут произойти на данном промышленном объекте, к их анализу и систематизации, а затем к разработке наиболее вероятных сценариев их возникновения и физически обоснованных вариантов их развития. Следует отметить, что в зависимости от влияния внешних факторов каждая отдельная авария может иметь несколько различных исходов.
Переход от качественного описания механизма зарождения и развития аварии к анализу количественных закономерностей физических процессов, сопровождающих аварию, осуществляется на базе соответствующего комплекса математических моделей. Причем наиболее важным для всего
спектра нежелательных событий является достоверное описание источника негативного воздействия, т.е. определение интенсивностей, общего объема, времени выброса загрязняющих веществ или энергии в окружающее пространство. Дальнейшее пространственно-временное формирование зон опасности вокруг источника происходит под влиянием параметров окружающей среды: скорости и направления ветра, температуры и влажности воздуха, физико-механических свойств грунта, рельефа местности и ряда других. Кроме того, существенное влияние на параметры зон опасности оказывают физико-химические свойства веществ, выбрасываемых в окружающее пространство. Значительное число возможных метеорологических состояний устойчивости атмосферы и большое число возможных направлений и скорости ветра резко увеличивают число требующих анализа вариантов распространения потенциально опасных веществ в атмосфере, что, в свою очередь, также определяет потенциальные масштабы ущерба. Таким образом, математическое моделирование необходимо для прогнозирования различных вариантов и специфики распространения и трансформации исходной потенциальной опасности в окружающем пространстве, для обоснования их общих масштабов и достоверного описания физических процессов.
Переход к анализу и оценке прямых или косвенных последствий возникновения и развития аварий требует точного определения и классификации как самих объектов воздействия, так и возможных воздействий на них. Принятая для конкретного случая интенсивность воздействия служит, по существу, граничной точкой при определении масштаба распространения в виде поля физических параметров, соответствующей потенциальной опасности. Как правило, в качестве объектов воздействия выступают технический персонал предприятия, население в зоне возможного негативного воздействия, оборудование, объекты инфраструктуры, имущество, флора, фауна, а также характеристики
водоемов и почвы с точки зрения их влияния на жизнедеятельность биосферы.
Исходные механизмы возникновения аварий, варианты их последующего развития и воздействия на окружающее пространство весьма неравнозначны, поэтому число возможных вариантов анализа в зависимости от степени детализации может достигать нескольких тысяч. Поэтому, крайне важным является обоснование вероятности возникновения негативных событий как фактора предварительного ранжирования их значимости, что позволяет уже на начальных этапах выделить соответствующие приоритеты. Для определения вероятностей исходных событий используются прежде всего соответствующие отраслевые банки статистических данных о характерных отказах и авариях. При отсутствии статистически значимой информации, особенно для редких событий, а также в качестве дополнительного средства проверки достоверности определение вероятностей проводят с использованием причинно-следственных закономерностей возникновения аварийных ситуаций и развития аварий из совокупности промежуточных событий, т.е. на базе физически обоснованных сценариев. Поскольку число таких сценариев может быть весьма велико, а их реализация взаимозависимой, для интегрального определения вероятности аварии на сложных объектах обычно используются специальные методики построения дерева событий или дерева отказов, а также методы теории графов [13].
Таким образом, появляется возможность синтезировать итоговое редкое событие и с высокой степенью достоверности вычислить вероятность его возникновения, опираясь на конкретные технические характеристики объекта, регламент его работы, эффективность систем контроля, управления и безопасности, а также паспортные или определенные в ходе эксплуатации показатели надежности отдельных элементов оборудования, по которым, как правило, имеется достаточно представительная статистика отказов. Общим итогом последовательного выполнения вышеперечисленных этапов является
4t.
построение функциональной связи между величиной определенного ущерба и вероятностью его возникновения.
В первую очередь особое внимание должно быть уделено линейным источникам потенциальной опасности, связанным с транспортом по трубопроводам природного газа, конденсата и сжиженных газов. В отличие от стационарных промышленных предприятий, которые имеют охранные зоны, трассы трубопроводов не имеют не только каких-либо заграждений, но зачастую и просто соответствующих указателей. Поэтому к трубопроводам, в большинстве своем, имеется свободный доступ как для посторонних лиц, так и для технических средств и систем, что создает угрозу случайного или целенаправленного негативного внешнего воздействия. В этой связи на уровне регионального управления должны быть в обязательном порядке и в первую очередь оценены характерные варианты и масштабы аварий на трубопроводах и обеспечены адекватные действия по снижению потенциального ущерба.
/J.
Загрязнение окружающей среды при аварии на магистральных трубопроводах
При нарушении герметичности трубопровода происходит неконтролируемый выброс транспортируемого природного газа. Его состав, в зависимости от месторождения, изменяется в следующих пределах: метан-80 -99%; этан-0.1-1%; пропан до 0.5%; бутан до 0.5%; пентан до 0.4%; двуокись углерода до 5%; азот до 7%. Основное влияние на окружающую среду, как это видно из состава природного газа, оказывает метан. При малых концентрациях в воздухе он образует горючую смесь. Нижняя и верхняя предельно допустимые концентрации для метана составляют 5 и 15 объемных процентов. Рост выбросов метана становится серьезной экологической проблемой, так как вклад метана в эффект глобального потепления климата составляет около 20%), а по некоторым более жестким оценкам - 25%. В настоящее время общее количество, выбрасываемого в атмосферу метана, оценивается в пределах от 400 до 600 млн. т в год. Данная величина образуется за счет естественных и антропогенных источников. Эмиссия метана в газовой промышленности делится на: фоновую, которая образуется в результате постоянных утечек газа из узловых соединений, клапанов, трещин; проектную, которая обусловлена повседневной эксплуатацией оборудования; выбросы при ремонтных работах и эксплуатации, возникающие при проведении плановых работ по поддержанию работоспособности газотранспортных систем; аварийные выбросы. Углеводородные газы не представляют существенной опасности для окружающей среды.
Из всех газов этого ряда лишь этилен оказывает вредное воздействие на растительность, сдерживая рост растений. Исследования, проводимые вблизи предприятий газовой промышленности, не выявили прямого вредного влияния небольшого содержания углеводородных газов в воздухе на здоровье человека. Существенный ущерб наносит термическое воздействие при сгорании природного газа. При возгорании газа в результате аварии в радиусе от десятков до сотен метров почва нагревается до температуры спекания, выгорает растительный покров, интенсивной термической нагрузке подвергаются строения и конструкции. Степень термического воздействия обусловливают следующие факторы: диаметр трубопровода, который определяет объемный расход газа при аварии и объем выброса газа; давление газа, которое предопределяет объем и скорость выброса газа; характер и рельеф местности, которые влияют на радиус термического воздействия; сезонные факторы, от которых зависит размер зоны термического воздействия; климатические факторы, которые определяют интенсивность и размер зоны термического воздействия.
Регрессионная модель максимального размера очага термического поражения при авариях на магистральных газопроводах
Для построения регрессионной модели, определяющей максимальный размер очага термического поражения R (м), были взяты следующие факторы: диаметр газопровода D (м), давление в месте разрыва Р (Мпа), продолжительность выброса газа т, ч, полный объем выброшенного газа V (млн.м3), длина котлована 1к (м). На первом этапе была получена линейная полиномиальная модель. После анализа значимости факторов и исключения незначимых факторов оптимальная математическая модель первого порядка приняла следующий вид:
Остаточное среднеквадратичное отклонение натурных данных от расчетных по модели (2.1) для максимального размера очага термического поражения R равно сг = 141,21 м.
Линейные регрессионные модели должны быть подвержены технологическому анализу, в целях проверки правдоподобия полученных зависимостей. Знаки перед коэффициентами наглядно показывают направление воздействия факторов на отклик, и они должны в большинстве случаев соответствовать физической картине анализируемого явления. Полное несоответствие модели натурному явлению свидетельствует, как правило, о некачественных исходных данных, использованных для получения регрессионной модели. Частичное несоответствие возможно и для хороших натурных данных, что объясняется не выявленным эффектом взаимного влияния факторов.
Так как исключение факторов опирается на статистический подход, то причины исключения технологически определяющих факторов в основном связаны с общими недостатками построения регрессионной модели, недостаточной представительностью выборки, которая была использована при обработке натурных данных, особенно для факторов, исключенных в результате анализа.
Из полученной математической модели (2.1) следует, что, чем больше диаметр газопровода и длина котлована, тем больше размер очага поражения. Это вполне соответствует физическим представлениям о термическом воздействии. Роль суммарного объема выбросов, с физической точки зрения, не очевидна и вполне возможно, что в данном случае сработал скрытый фактор, когда при наличии большого факела горения газ отключают быстрее и суммарный расход газа оказывается меньше.
С использованием линейной регрессионной модели было проверено влияние ряда других показателей на размер очага термического поражения, а именно: длины разрыва газопровода, ширины, глубины и площади котлована, образующегося при аварии. Поэтому к перечисленным выше факторам были добавлены: длина разрыва трубы 1г (м), ширина котлована bk (м), глубина котлована zk (м) и площадь котлована Sk (м2). Затем была сформирована новая матрица наблюдений.
В результате исключения незначимых факторов и расчета коэффициентов регрессии была получена следующая оптимальная линейная математическая модель
Остаточное среднеквадратичное отклонение натурных данных от полученных по модели (2.2) равно а = 143,3 м. Отличие этой величины от аналогичной, полученной из уравнения (2.1), объясняется несколько иным набором регрессионных параметров и числом строк в матрице наблюдений.
Из регрессионной математической модели (2.2) видно, что размер очага термического поражения не зависит от длины разрыва трубы, ширины и глубины котлована, а зависит от площади котлована, которая оказалась статистически более значима, чем его длина. Качественно зависимость размера очага термического поражения от факторов, которые вошли в модель (2.2) такая же, как и в модели (2.1).
Линейная связь между откликами и факторами может наблюдаться только в очень узком диапазоне изменения. Поэтому в качестве следующего этапа исследований был проведен анализ более сложных моделей второго порядка, которые описывают взаимосвязь отклика и регрессионных факторов в более широком диапазоне. Поскольку модели второго порядка содержат гораздо больше коэффициентов, наилучший набор регрессоров (факторов, их произведений и квадратов) для окончательной модели проводился путем предварительных расчетов промежуточных моделей второго порядка.
В результате расчетов была получена следующая оптимальная квадратичная математическая модель:
В окончательной модели так же, как и в модели первого порядка, значимыми факторами остались диаметр и площадь котлована, а вместо объема выброса газа вошло давление. Технологический анализ такой модели провести достаточно сложно, но она лучше описывает экспериментальные данные, поскольку остаточное среднеквадратичное отклонение уменьшилось до ст= 136,65 м.
Регрессионная модель для определения среднего размера длины котлована при авариях на газопроводе
Часто по экспериментальным данным бывает необходимо оценить один или оба параметра гамма-распределения. Для этого существует несколько методов. Первый из них - метод максимального правдоподобия, который рассматривается в работе Гринвуда и Дуранда [11]. В этой работе также приводятся упрощающие вычисления диаграммы и изложен метод получения доверительных интервалов для исследуемых параметров. Метод максимального правдоподобия предполагает принятие в качестве оценки каждого неизвестного параметра такого его значения, которое наиболее вероятно исходя из полученных данных.
Однако для многих практических задач можно использовать следующее более простое, хотя и менее точное выражение, основанное на методе моментов [34, 38]. Данный метод требует представления параметров распределения через моменты низших порядков, замены их оценками моментов, полученных на основе имеющихся данных, и решения полученного уравнения для нахождения оценок параметров распределения.
Для гамма-распределения математическое ожидание и дисперсия равны соответственно т\/Х и r\IX . Полагая эти параметры равными среднему эмпирическому и эмпирической дисперсии, получаем два уравнения, решая которые можно найти оценки X и г). Если распределение содержит три параметра, то третье уравнение можно получить, приравнивая третий момент распределения третьему вычисленному моменту и т. д. где х - среднее значение для наблюдаемых величин, s - дисперсия, a Xj (і = 1, 2, ..., n) - наблюдаемые значения. Это выражение эквивалентно
На точность оценок параметров распределения влияет ситуация, когда точные значения результатов наблюдений, превышающие некоторое предельное значение, бывают неизвестны. Так, например, при использовании гистограмм исследователь всегда имеет ограниченный набор случаев. Такие выборки подразделяются на цензурированные и усеченные.
Существует определенное различие между цензурированным и усеченным распределениям. Усеченное распределение обрывается в точке усечения. Поэтому невозможно получить выборку, элементы которой лежат за этой точкой. В случае же цензурированного распределения, кроме выборок, значения которых записаны, существует определенное число точек, относительно которых ничего неизвестно, кроме того, что они превышают некоторое значение. Цензурированные данные получают, когда в процессе производства регистрируются лишь те параметры изделий, которые не выходят за пределы, заданные техническими условиями, а изделия характеристики которых выходят за эти пределы не рассматриваются и подсчитывается лишь число таких забракованных изделий. Клиент, получающий лишь принятые изделия и регистрирующий их характеристики, имеет дело с усеченным распределением. Методы оценки параметров распределения на основе цензурированных данных приводятся в работе [38]. Для более детальных расчетов можно воспользоваться интегральной функцией гамма-распределения которая называется неполной гамма-функцией.
Для получения теоретических зависимостей были выбраны массивы данных по длинам разрывов четырех газопроводов с диаметрами 720, 820, 1020 и 1220 мм. Массив данных газопровода 1420 мм содержал непредставительную выборку (26 случаев) на максимальный разрыв в 120 м.
Как сказано выше, можно использовать две схемы аппроксимации эмпирических распределений. Первая схема предполагает аппроксимацию с использованием метода правдоподобия. В этом случае два параметра гамма-распределения подбираются так, чтобы было реализовано наилучшее приближение теоретического распределения к экспериментальному. В настоящей работе будем использовать второй подход. Сначала по натурным данным оцениваются средние значения и дисперсии длин разрыва газопроводов всех диаметров. Затем с помощью этих значений рассчитываются параметры А, и т) теоретических гамма-распределений длин разрыва четырех газопроводов.
Получение теоретического закона распределения длины разрыва газопровода
В первой и второй строке находятся средние, и максимальные значения длин разрывов, полученные по массиву натурных данных. В третьей, четвертой, пятой и шестой строках приведены показатели, рассчитанные с использованием теоретических законов распределения: наиболее вероятная длина разрыва, доля разрывов длиной менее 12 м, доля разрывов длиной менее 24 м и максимальная по уровню вероятности 0.95 (95% квантиль) длина разрывов газопроводов. Девяносто пятипроцентный квантиль дает длину разрыва, меньше которой находятся 95% длин разрывов газопроводов. Из табл. 3.5 следует, что наиболее вероятные длины разрывов, т.е. длины разрывов, которые встречаются чаще всего, значительно меньше, чем средние длины разрывов. Это связано с тем, что на расчет по натурным данным величин средних значений оказывают свое влияние очень редкие разрывы с большой длиной.
Этот факт необходимо учитывать при выборе готовых длин труб на промплощадках линейно-эксплуатационных служб (ЛЭС). Так, если за единицу длины, также, как и в документе [27], принять трубу длиной 12 м, то на промплощадках ЛЭС, обслуживающих газопроводы с диаметрами 720, 820 и 1020 мм, основной единицей хранения должна быть труба длиной 12 м. Если на промплощадках ЛЭС для более быстрого проведения ремонта трубы хранятся также и в плетях по 24 м, то соотношение количества труб двух разных размеров можно оценить по данным табл. 3.5.
Общий объем аварийного запаса труб определяется вероятностью разрыва на обслуживаемом участке газопровода и прогнозируемой длиной разрыва. Во второй строке табл. 3.5 приведены максимальные значения длин разрыва, которые были в выборке натурных данных. Но теоретически возможны разрывы и большей длины. Правда, вероятность таких длин разрывов очень мала. Так, вероятность разрыва длиной 300м и более у газопровода диаметром 1220 мм равна 10" . Рассчитывать аварийные запасы труб на такие длины разрыва не рационально, поэтому надо задаться наиболее вероятной длиной разрыва.
При обработке экспериментальных статистических данных очень часто используется 95%-ный квантиль. Этот показатель, который приведен в строке 6 табл. 3.5, можно использовать в качестве прогнозируемой максимальной длины разрыва.
В нормативном документе [27] рекомендуются нормы неснижаемого запаса труб для нормальных условий прохождения трассы газопровода. Эти данные приводятся в табл. 3.6.
Не трудно видеть, что нормы запаса труб в документе [27] более чем в 10 раз превышают 95-процентный квантиль для всех диаметров газопроводов.
Вероятности разрыва газопровода в течение года на отрезке 1000 км зависит от ряда характеристик газопровода, но в среднем не превышает 0.5, т.е. один разрыв за 2 года. Учитывая этот факт, а также теоретические расчеты, приведенные выше, можно сделать вывод, что рекомендованные нормы неснижаемого запаса труб, приведенные в [27] завышены и требуют своего уточнения.
Надежность газоснабжения на этапе эксплуатации газопроводов наряду с соблюдением правил технической эксплуатации требует адекватного и быстрого реагирования на возникающие аварийные ситуации. Поэтому основной целью аварийно-восстановительных бригад является пуск газопровода в эксплуатацию и ликвидация последствий аварий в минимально возможные сроки и с минимальными затратами. Для эффективного выполнения аварийно-восстановительных работ в системе ОАО «Газпром» разрабатывается научно-обоснованный «Нормативный табель оснащения линейно-эксплуатационных служб магистральных газопроводов для проведения ремонтно-профилактических и аварийно-восстановительных работ». Нормативный табель оснащения является типовым для всех линейно эксплуатационных служб единой системы газоснабжения (ЕСГ). ВНИИГазом были разработаны два табеля оснащения: первый документ был издан в 1980 году, а второй - в 1984 году.
Как показал анализ, издание в 1984 году нового «Табеля оснащения» связано, в основном, с появлением новых научно обоснованных технологий производства работ, технических средств, с новыми материалами и наработанным опытом эксплуатации газопроводов в северных условиях. Определяющим фактором при разработке «Табеля оснащения» является потребность в материально-технических ресурсах, т.е. транспортная и ремонтно-строительная техника, оборудование, приборы и приспособления для ускоренного производства восстановительных работ в различных природно-климатических условиях. Потребность в технике определяется по результатам статистического анализа данных по отказам на магистральных газопроводах за весь период их эксплуатации. Поэтому «Табель оснащения» учитывает специфику времени и научно-технические достижения в области эксплуатации газотранспортных систем.
Однако, при определении необходимых материально-технических ресурсов для проведения аварийно-восстановительных работ трубопроводов диаметром 720-1020 мм по существующему «Табелю оснащения» за основу в расчетах принимается средняя длина разрыва трубы около 40 метров. В то время как согласно данным табл. 3.5 эта величина изменяется в пределах от 18 до 37 метров. При этом, максимальная длина разрыва согласно существующему табелю оснащения принимается равной 75 метрам, а данные табл. 3.5 показывают, что эта величина в зависимости от диаметра газопровода изменяется в пределах от 80 до 300 метров. Наиболее достоверную оценку длины разрыва дает 95-% квантиль, согласно которому длина разрыва для трубопроводов диаметром 720-1020 мм изменяется в пределах от 45 до 87 метров, что на наш взгляд и должно лежать в основе расчета необходимых для проведения аварийно-восстановительных работ материально-технических ресурсов.
