Введение к работе
Актуальность проблемы
Учитывая высокую значимость проблемы повышения безопасности при проектировании и эксплуатации объектов нефтегазового комплекса (хранение, транспортирование и переработка нефти), на данный момент все большее значение приобретает решение задач, связанных с предупреждением возможных аварийных ситуаций и минимизацией технологических и экологических рисков.
Существующие в настоящее время методики оценки и декларирования промышленной безопасности эксплуатации опасных производственных объектов (ОПО) нефтегазового комплекса носят, в основном, декларативный характер, а существующий опыт использования методологии анализа опасностей и их оценки, ограниченный декларативной оценкой опасных ситуаций, зачастую не позволяет учитывать его при принятии оптимальных решений по предупреждению аварийных ситуаций ввиду отсутствия надлежащего организационного и информационного обеспечения по прогнозированию и оперативному раннему распознаванию опасных ситуаций.
Особую актуальность данная проблема приобретает при хранении, транспортировании углеводородных сред и эксплуатации нефтегазового оборудования, когда аварийные ситуации сопровождаются значительными объемами выбросов взрывопожароопасных и токсичных веществ, образующих облака топливно-воздушных смесей, утечки нефтепродуктов, и как следствие, взрывы, пожары, разрушения, разливы и др. Используемые на данный момент методики оценки рисков показывают, что их результаты не учитывают постоянно изменяющийся во времени нестационарный случайный характер производственных процессов и их системные взаимосвязи. Применяемые технологии мониторинга управления рисками при эксплуатации ОПО как статических объектов обладают значительной методической погрешностью, а принятие решений по предупреждению аварийных ситуаций не учитывает случайный нестационарный характер развития аварийных процессов.
Кроме того, решение проблемы предупреждения аварийных ситуаций затрудняется значительными объемами входной диагностической и технологической информации ввиду отсутствия системного подхода к решению многофакторных задач безопасности, отсутствия надлежащих компьютеризированных информационно-управляющих систем мониторинга синергетического риска и соответствующего специального методического и программного обеспечения системы обработки данных, что, естественно, затрудняет принятие оптимальных управляющих решений по своевременному прогнозированию и предотвращению аварийных ситуаций.
Цель работы обеспечение промышленной безопасности опасных производственных объектов за счет минимизации нестационарных рисков.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие
основные задачи:
анализ опыта использования методологии управления промышленной безопасностью ОПО нефтегазового комплекса;
обоснование необходимости использования методологии управления нестационарными системными рисками для решения задач промышленной безопасности ОПО, включая транспортирование взрывопожароопасных сред;
разработка научно-методических основ создания информационной модели проектирования и эксплуатации ОПО на основе идентификации нестационарных системных рисков;
разработка типовых нестационарных корреляционных моделей идентификации и оценки аварийных ситуаций на взрывопожароопасных объектах;
разработка требований и принципов построения адаптивной информационно-управляющей системы распознавания и предупреждения аварийных ситуаций на основе использования корреляционного анализа при эксплуатации ОПО как динамических нелинейных систем;
разработка принципов построения системы оперативного мониторинга и управления промышленной безопасностью технологических трубопроводных систем для транспортирования углеводородных сред;
организация опытно-промышленного применения разработанной технологии при реализации мониторинга и управления минимизацией рисков на пилотных объектах нефтегазового комплекса.
Методы решения поставленных задач
При решении поставленных в работе задач использовались методы: анализа методологии управления промышленной безопасностью ОПО НГК, оценки, идентификации и категорирования опасностей, построения «деревьев событий и отказов», теории динамических нелинейных систем, теории корреляционного анализа информации.
Научная новизна результатов работы
1. Разработаны принципы проектирования и эксплуатации ОПО как нелинейных динамических систем на основе корреляционного анализа случайных процессов.
2. Научно обоснованы и разработаны принципы системного анализа технологической информации и информационная модель прогнозирования и идентификации опасных ситуаций на объектах транспортирования взрывопожароопасных сред и эксплуатации оборудования с углеводородными средами под давлением на основе построения «деревьев событий» и «деревьев отказов».
3. Разработаны требования и принципы разработки адаптивной информационно-управляющей системы предупреждения аварийных ситуаций и управления минимизацией нестационарных рисков при эксплуатации ОПО.
4. Научно обоснованы и разработаны требования к построению и разработке корреляционных моделей прогнозирования аварийных ситуаций на основе критериев минимизации нестационарных рисков при эксплуатации нефтегазового оборудования с взрывопожароопасными средами.
5. Научно обоснованы и разработаны критерии управления и требования к построению системы оперативного диспетчерского мониторинга и управления рисками при эксплуатации технологических трубопроводных систем.
На защиту выносятся:
1. Информационная модель безопасной эксплуатации нефтегазового оборудования с взрывопожароопасными средами и их транспортирования;
2. Концептуальные основы методологии раннего распознавания и предупреждения предаварийных ситуаций на основе управления минимизацией нестационарных рисков;
3. Корреляционные модели прогнозирования и идентификации опасных ситуаций ОПО на основе количественной оценки нестационарных рисков;
4. Концепция управления промышленной безопасностью объектов транспортирования взрывопожароопасных углеводородных сред на основе корреляционного анализа системных рисков.
Практическая ценность результатов работы
1. На основе созданных автором принципов прогнозирования нестационарных рисков и идентификации опасных ситуаций при проектировании и эксплуатации ОПО предложен и разработан информационно-управляющий комплекс для мониторинга и управления минимизацией нестационарных рисков.
2. Разработано методическое и программное обеспечение системы мониторинга и управления рисками при эксплуатации технологических трубопроводных систем и нефтегазового оборудования ОПО.
3. Разработана методология управления промышленной безопасностью ОПО на основе использования критериев минимизации нестационарных рисков.
4. Разработана организационная структура безопасной эксплуатации технологических трубопроводных систем на основе критериев раннего прогнозирования и распознавания нестационарных предаварийных ситуаций.
5. На основе данных моделирования системы управления промышленной безопасностью разработана методика корреляционного анализа при решении задач проектирования и эксплуатации ОПО.
6. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана и апробирована на пилотных ОПО методика проектирования условий их безопасной эксплуатации с использованием количественной оценки синергетического риска при расчете зон поражения и их радиусов, позволяющая обеспечить безопасное размещение технических средств и обслуживающего персонала.
Реализация результатов работы
Под руководством и при непосредственном участии автора разработаны и апробированы технологии мониторинга и управления безопасностью для решения следующих задач:
оперативного диспетчерского мониторинга эксплуатации ОПО;
организационного обеспечения подготовки, транспортирования, хранения сырья и нефтепродуктов;
диагностики и автоматизации систем аварийной защиты;
методического обеспечения безопасной эксплуатации технологических установок, объектов хранения и утилизации отходов.
Разработаны следующие инструктивные и регламентирующие документы:
внесены дополнения № 3 в Технологический регламент ТР 1820.015-2011 «Безопасная эксплуатация производства. Инструкции и нормативная документация»;
интегрированная система менеджмента по безопасной эксплуатации систем, аппаратов и технологической трубопроводной системы ОПО;
методические рекомендации по безопасной эксплуатации ОПО (резервуарный парк);
инструкция по безопасной эксплуатации оборудования, узлов и технологических трубопроводов ОПО.
Апробация результатов работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: II научно-техническом семинаре «Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов ТЭК Республики Башкортостан»
(г. Уфа, 1999 г.); научно-практических конференциях «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах» (г. Уфа, 2007-2013 гг.); I Международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность» (г. Уфа, 2007 г.); Всероссийском семинаре «Совершенствование надзорной деятельности на предприятиях нефтегазодобычи, газопереработки и геологоразведки» (г. Уфа, 2008 г.); Международной научно-практической конференции «Техносферная и экологическая безопасность на транспорте» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии и безопасность при бурении нефтяных и газовых скважин» (г. Уфа, 2009 г.); научно-практической конференции «Технологии. Оборудование. Безопасность. Экология» (г. Уфа, 2010 г.); научно-практической конференции «Промышленная безопасность на объектах нефтегазодобычи» (г. Уфа, 2011 г.); консультационно-методическом семинаре «Актуальные вопросы повышения безопасной эксплуатации колонного теплообменного и емкостного оборудования» (г. Салават, 2012 г.); на семинарах и совещаниях кафедры «Пожарная и промышленная безопасность» ФГБОУ ВПО УГНТУ и ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов».
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 53 научных трудах, в том числе в 22 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 203 наименования, 9 приложений. Работа изложена на 267 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 16 таблиц.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному консультанту доктору технических наук, профессору Александрову А.А. за ценные советы и консультации при подготовке данной работы.
