Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор методов оценки средств для снижения риска в управлении промышленной безопасностью объектов энергетики 21
1.1. Краткий обзор концептуальных основ риска 21
1.1.1. Состояние понятийного аппарата риска 21
1.1.2. Основные аспекты в становлении концепции безопасности 25
1.2. Краткий обзор методов количественной оценки риска 27
1.2.1. Основные методологические подходы в количественной оценке риска 27
1.2.2. Подходы к моделированию опасных событий 31
1.2.3. Методы оценки уязвимости реципиентов риска 31
1.2.4. Интегрально-дифференциальные методы оценки
числа погибших людей 33
1.3. Разработка подходов к оценкам мер снижения риска 35
1.3.1. Общие положения и краткий обзор методов оценки альтернатив 35
1.3.2. Подходы к оценке сложной технической системы при её синтезе с использованием в качестве целевой функции минимума затрат 3 7
1.3.3. Подходы на базе оптимизации соотношения между выгодами и издержками, связанными с мерами по снижению риска 38
1.3.4. Подходы к оценке удельной стоимости предотвращенной площади чрезмерного риска 41
1.3.5. Подходы к оценке мер по смягчению последствий аварий 42
1.4. Стратегия достижения приемлемого риска в управлении безопасностью 42
1.5. Постановка задач исследования 48
Глава 2. Разработка основ для оценки средств снижения риска при хранении нефтепродуктов 51
2.1. Разработка метода прогнозирования энергетического потенциала взрыва при хранении жидких углеводородов 51
2.2. Разработка методов оценки риска для условий распределенных по территории реципиентов риска и наличия пространственно-временных неопределенностей 58
2.2.1. Модель среднего по объекту индивидуального риска 58
2.2.2. Модель сопротивляемости человека высокой температуре окружающего воздуха 59
2.2.3. Модель сопротивляемости человека воздействию теплового излучения 63
2.2.4. Сопротивляемость человека барическому воздействию 67
2.3. Разработка вероятностных методов оценки риска 67
2.3.1. Модель для условий равномерного распределения по площади объекта реципиентов риска и заданных очагов аварий 67
2.3.2. Модель суммирования прогнозов последствий и рисков на площадке 70
2.4. Способы и средства предупреждения чрезмерного риска при хранении жидкого углеводородного топлива 74
2.5. Экспериментальные исследования по созданию системы улавливания конденсацией паров углеводородов 2.6. Оценка эффективности применения на топливохранилищах углеводородов способа улавливания их паров 85
Глава 3. Научно-технические основы оценки мер по смягчению последствий аварий с разливом нефти 93
3.1. Обзор методов обоснования ресурсов для локализации разливов нефти 93
3.1.1. Состояние методического аппарата для оценки
мер смягчения последствий аварий 93
3.1.2. Классификация аварий с разливом нефти как чрезвычайных ситуаций по масштабу 95
3.1.3. Оценка подходов к определению параметров максимального проектного разлива нефти 98
3.1.4. Обзор методов обоснования ресурсов для
ликвидации аварийного разлива нефти 102
3.2. Разработка метода оценки технических решений по смягчению последствий аварий с разливом нефти 105
3.2.1. Критерий эффективности решения 105
3.2.2. Разработка методики укрупненной оценки ущерба от аварийного разлива нефти на суше 106
3.2.2.1. Методология укрупненной оценки ущерба от разлива нефти на суше 106
3.2.2.2. Укрупненная оценка ущерба пострадавшим физическим лицам 107
3.2.2.3. Укрупненная оценка ущерба от загрязнения земель нефтью 107
3.2.2.4. Укрупненная оценка ущерба от загрязнения атмосферы 107
3.2.2.5. Оценка ущерба от потери нефти 107
3.2.2.6. Оценка затрат на восстановление загрязненной нефтью территории 107
3.2.2.7. Укрупненная оценка суммарного ущерба от
разлива нефти на суше 108
3.2.3. Оценка затрат на локализацию разлива нефти 108
3.2.3.1. Общая потребность в землеройной технике 109
3.2.3.2. Удельное количество потребной землеройной техники на локализацию 1000 т пролитой нефти ПО
3.2.3.3. Количество насосного оборудования для сбора нефти 110
3.2.4. Алгоритм обоснования решения по локализации разлива нефти 111
3.3. Разработка модели растекания нефти по суше при аварии 112
3.3.1. Модель расхода нефти из аварийного отверстия 112
3.3.2. Модель течения нефти по рельефу 116
3.3.3. Модель расхода нефти на инфильтрацию в грунт и испарение 119
3.3.4. Имитационная модель растекания нефти
3.3.4.1. Схема алгоритма моделирования 122
3.3.4.2. Топографическая модель местности 125
3.3.4.3. Имитационное моделирование растекания нефти 128
3.3.4.4. Экспериментальные исследования по тестированию модели растекания нефти по рельефу 134
3.3.4.5. Загрязнение берегов малых рек 135
3.4. Решение практических задач по обоснованию ресурсов для локализации разливов нефти 136
3.4.1. Объемы земляных работ
3.4.2. Обоснование производительности нефтесборных насосов и емкостей для временного хранения нефти при разливе на суше 138
3.4.3. Обоснование оборудования для локализации разлива на воде 139
3.4.4. Предложения по объему и составу средств локализации аварийных разливов нефти 140
Глава 4. Исследования по обоснованию способа внутреннего мониторинга функционирующей дымовой трубы и функциональных элементов диагностического комплекса 145
4.1. Анализ причин аварийных разрушений дымовых труб 145
4.1.1. Статистические данные об авариях 145
4.1.2. Причины аварийных разрушений дымовых труб 147
4.2. Обзор методов неразрушающего контроля 149
4.3. Экспериментальные исследования по созданию
автономного аппарата для контроля футеровки трубы 159
4.3.1. Описание лабораторного стенда, реализующего способ сканирования по типу «Консайт» 159
4.3.2. Создание действующего макета автономного аппарата в форме фугасной авиабомбы и его натурные испытания 162
4.4. Алгоритм структурной и параметрической оптимизации при синтезе структуры диагностического комплекса 166
Глава 5. Теоретические исследования по обоснованию энергопотребления, технологии и средств диагностики функционирующей дымовой трубы 174
5.1. Обоснование мощности излучателя автономного аппарата 174
5. 2. Обоснование структуры диагностического комплекса 179
5.3. Параметры и режимы работы мобильного комплекса 183
5.4. Технологические операции при обследовании трубы 204
Глава 6. Исследования по оптимизации систем энергоснабжения автономного аппарата и его аэродинамической устойчивости 209
6.1. Разработка моделей для оптимизации системы энергоснабжения автономного аппарата 209
6.1.1. Влияние параметров энергоустановки на её рабочую мощность и объемы энергоресурсов 210
6.1.2. Оценка альтернатив автономной энергоустановки замкнутого цикла на борту автономного аппарата 218
6.1.3. Исследование взаимного влияния параметров аккумулятора и технических систем автономного аппарата 224
6.1.4. Оптимизационные исследования характеристик технологической нагрузки и аккумулятора на борту автономного аппарата 229
6.2. Разработка способов и средств аэродинамической устойчивости автономного аппарата 236
6.2.1. Теоретические исследования обтекания моделей аппарата с применением численных методов расчета 236
6.2.2. Экспериментальные исследования обтекания моделей аппарата 240
6.2.2.1. Аэродинамическая вертикальная открытая труба 240
6.2.2.2. Аэродинамическая горизонтальная труба замкнутого цикла 2 6.2.2.3. Аэродинамические испытания моделей 242
6.2.2.4. Экспериментальные исследования по выбору базовой модели автономного аппарата 244
6.2.3. Обоснование формы, размеров и массы аппарата, его подвески, стабилизаторов и расположения центров
масс 245
Глава 7. Оценка износа дымовых труб 253
7.1. Общие положения и основные процедуры оценки износа 253
7.2. Оценка динамического напора ветра и нагрузки на дымовую трубу 255
7.3. Диагностический комплекс «Стрела-2» 257
7.4. Оценка частотной области и основной частоты 263
7.5. Программные средства контроля физического износа дымовых труб 267
Основные результаты и выводы 275
Список литературы
- Основные аспекты в становлении концепции безопасности
- Разработка методов оценки риска для условий распределенных по территории реципиентов риска и наличия пространственно-временных неопределенностей
- Классификация аварий с разливом нефти как чрезвычайных ситуаций по масштабу
- Причины аварийных разрушений дымовых труб
Введение к работе
Повышенная аварийность промышленных объектов в значительной степени является результатом технической политики предыдущих лет, заключавшейся в прекращении финансирования ремонтов и восстановления производственных фондов. Несмотря на наметившееся в настоящее время увеличение инвестиций в ремонты, тенденция старения фондов сохраняется, ущерб от аварий в стране достиг 6...7 % от внутреннего валового продукта, а высокая аварийность производственных объектов стала представлять угрозу национальной безопасности России.
На объектах энергетики износ производственных фондов достиг 80 %, в связи с этим на обеспечение их промышленной безопасности требуются повышенные инвестиции. Значительный вклад в риски вносят три вида источников техногенной опасности, которые можно классифицировать по сценариям возможных аварий: емкости, для которых характерны взрывы и пожары; трубопроводы - аварийные разливы нефтепродуктов; дымовые трубы - аварии с их обрушениями.
Можно выделить опасные процессы на источниках аварий, увеличивающие риск аварий, а также характер мер и средств по предупреждению и смягчению последствий аварий или контролю уровня опасности указанных процессов. Для топливохранилищ опасным процессом является выброс углеводородов при «дыхании», а характер мер заключается в ограничении указанного выброса углеводородов в атмосферу. Для трубопроводов опасным процессом является процесс растекания нефтепродукта по рельефу, а характер мер - создание ресурсов для локализации его разлива. Для промышленных дымовых труб с высоким уровнем износа опасным процессом является накопление дефектов в стволе трубы, а характер мер - мониторинг этого процесса.
Объекты энергетики имеют свою специфику, связанную с хранением жидких углеводородов, высоким давлением и протяженностью
трубопроводов, наличием дымовых труб. Указанные отличия объектов обусловливают различия в характере возможных аварий и мерах по их предупреждению и смягчению их последствий.
При эксплуатации емкостей чаще других возникают аварии со взрывом (пожаром) топливно-воздушной смеси [65], нефтепроводов - аварии с разливом нефти и загрязнением окружающей среды. Ущерб при аварии на нефтепроводной системе по наиболее опасному сценарию оценивается величиной 30 млн. долларов США. Кроме того, в результате аварий на нефтепроводах может нарушиться непрерывный технологический процесс перекачки нефти, что в свою очередь может привести к сбоям в функционировании промыслов, нефтеперерабатывающих заводов, систем жизнеобеспечения и других потребителей нефти и нефтепродуктов.
При эксплуатации промышленных дымовых труб (на 70...100 % выработали свой ресурс) возможны аварии с их обрушением. Их обрушения представляют прямую угрозу для людей, зданий и сооружений, находящихся в радиусе, равном высоте дымовой трубы. Кроме того, сейсмические волны в грунте, вызванные падением большой массы трубы, способны разрушить другие рядом расположенные объекты. Отключения энергетических объектов, подключенных к обрушенной дымовой трубе, могут привести к чрезвычайным ситуациям из-за остановки систем жизнеобеспечения.
Так, в 1991 г. из-за надлома бетонной дымовой трубы на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе готовились эвакуировать население г. Уфы, так как её верхняя 30-метровая часть могла обрушиться на емкость со взрывоопасными и токсичными веществами. Экономический ущерб от обрушения трубы в г. Уфе мог составить от 40 до 50 млн. долларов США. Тогда удалось избежать чрезвычайной ситуации, обрушив с помощью направленного взрыва надломленную часть трубы в строго заданный сектор площадки под трубой.
Обрушение промышленной дымовой трубы приводит не только к прямому материальному ущербу, но и значительным косвенным потерям от
прекращения непрерывных технологических производств, подключенных к трубе. Косвенные потери могут достигать в денежном выражении для отдельных производств 1 млн. долларов США в сутки.
Следует отметить, что на функционирующих нефтепроводах применяется современная технология автоматического контроля [129, 142], а на дымовых трубах по-прежнему используются традиционные визуальные методы, область применения которых ограничена только остановленными дымовыми трубами. Остановка дымовых труб, подключенных к непрерывным производствам, часто является невозможной или связана со значительными потерями продукции (до 5 млн. долларов США). По этой причине на непрерывных производствах часто не проводится своевременный контроль труб. Кроме того, визуальные методы контроля имеют и другой недостаток, заключающийся в невозможности при контроле использования интенсивных компьютерных технологий сбора, обработки и хранения информации.
Управление безопасностью эксплуатации опасного производственного объекта заключается в оценке риска аварий, сопоставлении его с приемлемым уровнем, разработке средств по его снижению до приемлемого уровня. Уровень современного состояния науки и техники позволяет разрабатывать и применять средства снижения риска на базе современных интенсивных компьютерных технологий, математических моделей и программных средств. Однако, разработка таких средств сдерживается отсутствием научно-технических основ их оценки в управлении промышленной безопасностью.
Такие научно-технические основы должны оценивать средства предупреждения аварий основных источников опасности на объектах энергетики, в первую очередь, устройств, снижающих риски аварий при эксплуатации топливохранилищ, средств контроля технического состояния дымовых труб, средств локализации возможных аварийных проливов нефти.
Разработка средств по снижению риска эксплуатации нефтехранилищ предполагает рассмотрение закономерностей накопления и выбросов в атмосферу испаряющихся углеводородов, оценки энергии взрыва, уточнения функций уязвимости человека, методов картирования риска, формирования критерия и показателя оценки устройств.
Обоснование средств по смягчению последствий аварий базируется на моделировании динамики распространения пролившейся нефти в условиях высокой неопределенности информации. В этой связи актуальным является разработка моделей для имитационного моделирования загрязнения суши, что является основой обоснования создаваемых ресурсов для реагирования на возможные аварии.
В настоящее время отсутствуют научно-технические основы управления безопасностью опасных производственных объектов энергетики на основе одновременного рассмотрения и разработки мер по предупреждению аварий и смягчению их последствий. Решение этой проблемы особенно перспективно в интересах безопасной эксплуатации дымовых труб (предупреждением их аварий) и нефтепроводных систем (смягчением последствий возможных аварийных разливов нефти).
В связи с важностью указанной проблемы Правительством РФ приняты постановления: от 28.03.2001 г. № 241 «О мерах по обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов на территории РФ»; от 21.08.2000 г. № 613 и 15.04.2002 г. № 240 - «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов».
Основные исследования по диссертационной работе выполнены в соответствии с федеральными научно-техническими программами (ФЦП):
«Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 г.», утвержденной Постановлением Правительства РФ от 29.09.1999 г. № 1098»;
«Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф; «Экологическая безопасность России». Цель исследования - разработка научно-технических основ оценки и создания средств снижения риска в управлении безопасностью объектов энергетики.
Основные задачи исследования:
Анализ опыта и научное обоснование принципов и стратегии в управлении промышленной безопасностью при разработке и оценке средств по предупреждению чрезмерного риска, смягчению последствий аварий и контролю технического состояния оборудования и сооружений объектов энергетики.
Исследование условий возникновения аварий, прогнозирование потерь от опасных факторов и разработка метода оценки устройств по предупреждению чрезмерного риска при эксплуатации топливохранилищ, в том числе:
анализ устройств, обеспечивающих повышение взрывопожарной безопасности хранения нефтяного топлива;
разработка методики оценки энергии взрыва топливно-воздушной смеси (ТВС) при хранении жидкого топлива;
исследования по уязвимости человека от действия теплового и температурного импульсов;
разработка критерия и показателей оценки решений на основе картирования риска поражения распределенных и сосредоточенных реципиентов риска;
разработка метода оценки среднего риска при наличии пространственно-временных неопределённостей в исходных данных;
разработка математических моделей для ГИС-программы картирования риска;
уточнение функций теплового импульса для оценки уязвимости
человека.
3. Исследование и разработка средств и методов, обеспечивающих
смягчение последствий возможных аварий при эксплуатации нефтепроводов
на базе метода укрупненной оценки выгод и издержек, связанных со
смягчением риска, в том числе:
теоретические и экспериментальные исследования по растеканию нефти на суше;
предложения алгоритма разработки мер и создание метода укрупнённой оценки ущербов и выгод от смягчения риска;
создание имитационной модели и компьютерной ГИС-программы моделирования распространения загрязнения по суше с визуализацией его динамики, а также картирования риска;
разработка критерия и показателей на основе картирования риска для оценки альтернатив локализации разлива нефти.
Разработка научных основ создания способа и функциональной структуры средств автоматического контроля промышленной безопасности функционирующей дымовой трубы.
Разработка научных основ, моделей и методов исследования энергетических процессов контроля излучениями футеровки функционирующей дымовой трубы, обоснование технических характеристик систем и параметров импульсно-циклического режима их работы, в том числе:
взаимного влияния условий внутри функционирующей дымовой трубы, параметров сканирования и движения аппарата: разрешающей способности изображения, энергетической нагрузки, размера трубы, высоты полосы сканирования, периода ввода цикла, выдержки приемника, времени и режима сканирования, допустимых скоростей движений и эволюции автономного аппарата, дестабилизирующих факторов и ограничений, влияющих на «динамические тени»;
выявление ограничений в скоростях подъема и спуска аппарата в дымовой трубе, ограничений, влияющих на накопление цикловой погрешности при сканировании внутренней поверхности нижней части дымовой трубы;
обоснование состава диагностического комплекса, удовлетворяющему импульсно-циклическому характеру включения технических систем автономного аппарата.
6. Разработка замкнутых моделей генерации и потребления энергии при
контроле излучениями футеровки, оптимизационные исследования с
помощью моделей системы энергоснабжения приборов контроля, типа
автономной энергоустановки, параметров и режимов энергопитания
приборов контроля на борту автономного аппарата при контроле
излучениями функционирующей дымовой трубы.
7. Проведение цикла исследований по выбору способа
транспортировки (спуска-подъема) автономного аппарата в
функционирующей дымовой трубе и его аэродинамической устойчивости
при движении в потоке газов, в том числе, выбор геометрических форм и
размеров автономного аппарата, расположения в нём центров масс, формы,
размеров и мест креплений аэродинамических стабилизаторов, конструкции
троса и подвески аппарата.
8. Обоснование комплекса средств неразрушающего контроля для
диагностики функционирующей дымовой трубы. Разработка технологии
производства всех вспомогательных работ, включая транспортировку
диагностического аппарата автомобильным транспортом, подъем (спуск)
элементов технических систем снаружи дымовой трубы, монтажные работы
у оголовка трубы, спуск-подъем аппарата в автономном режиме внутри
функционирующей дымовой трубы.
Объектом исследования является управление промышленной безопасностью объектов энергетики.
Предметом исследования является разработка, оценка и внедрение средств снижения риска в управлении безопасностью объектов энергетики. Методическая и теоретическая база исследования
Поставленные задачи решались методами системного анализа и синтеза, выявления закономерностей, обобщения, теории вероятности, применением физических и математических моделей, оценки риска, моделирования процессов и расчета численными методами, экспериментальными стендовыми и натурными исследованиями.
Научные положения подтверждены лабораторными и натурными испытаниями. Моделирование и расчеты, связанные с проведением зонирования территории по риску, проведены с использованием компьютерных программ.
В числе информационных источников диссертации были использованы научные статьи, статистические отчеты, федеральные законы и Постановления Правительства России, проекты нефтепроводных систем КТК-Р, БТС, Сахалин-1 и Сахалин-2, «Восточная Сибирь - Тихий океан», материалы экспертиз промышленных дымовых труб и зонирования территории вокруг резервуаров по риску.
Научная новизна исследования:
1. Предложена стратегия разработки и оценки технических решений по
снижению риска на основе единых приоритетов, включающая в себя
разработку и оценку средств по предупреждению взрывов, смягчению
последствий аварий и диагностике оборудования.
2. Установлены закономерности накопления потенциальной энергии
взрыва при хранении жидких углеводородов в зависимости от применяемых
устройств улавливания легких углеводородов, получены функции
поражающих тепловых импульсов, сформированы критерий и показатели
оценки устройств.
3. Созданы математические модели и компьютерная программа
имитационного моделирования аварийного разлива нефти по рельефу с
визуализацией границ загрязнения, определением объема и толщины слоя в точках по направлению течения.
4. Разработаны способ и устройство лазерного контроля внутренней поверхности функционирующей дымовой трубы, защищенные патентами.
5. Выявлены параметры и технология сканирования при циклическом режиме работы технических систем диагностического комплекса.
6. Созданы оптимизационные математические модели технических
систем автономного аппарата, разработаны схемы и конструкции систем.
7. Созданы геометрические формы и размеры, расположение центров
масс автономного аппарата, формы, размеры и места креплений
стабилизаторов, конструкции троса и подвески аппарата, обеспечившие
аэродинамическую устойчивость автономного аппарата при контроле
футеровки в функционирующей дымовой трубе.
8. Разработан алгоритм действий при расшифровке электронной
информации о дефектах трубы, полученной автономным аппаратом.
Практическая ценность:
Разработаны и внедрены ГИС-программа картирования риска при хранении и транспортировке жидкого углеводородного топлива.
При непосредственном участии автора (в течение 10 лет в качестве ответственного исполнителя всей темы) созданы и внедрены диагностический комплекс и технология обследования футеровки функционирующей дымовой трубы (обследовано 320 функционирующих дымовых труб, автор удостоен в 2003 г. премии Правительства РФ в области науки и техники);
Предложен комплекс средств неразрушающего контроля дымовой трубы, в том числе средств внутреннего и внешнего мониторинга, динамических испытаний и определения прочностных свойств.
Результаты выполненных исследований и разработанные методики и программы внедрены на объектах: ОАО «Самараэнерго» (НИР «Вертикаль», 1997); КТК-Р; БТС; Сахалин-I, Сахалин-П; ВСТО, НКМК, ЗСМК, БАЗ-
СУАЛ, Уралгидромедь (2001...2005 гг.). Научно-методический аппарат был использован в программах «ГИС-ТЕС» - расчет последствий аварий на ЗапСибТЭЦ (2002), «ГИС-экстремум» - оценка ущерба и риска от природных и техногенных опасностей (1995), «ГИС-МАВР» - оценка риска эксплуатации нефтепровода (2004), «Risk» - картирование риска на АЗС (2003).
Результаты исследований использованы автором при создании учебных курсов и дисциплин: «Теоретические основы реагирования на ЧС», «Основы подготовки объектов экономики к безопасной работе», «БЖД», «Инженерная защита», «Обеспечение мероприятий и действий сил ликвидации ЧС», «Анализ и управление риском», «Основы взрывопожаробезопасности», «Защита в ЧС» (ВИА-1987...2002 и МГТУ-2002...2006).
Апробация результатов Основные результаты диссертационного исследования докладывались на 25 международных и всероссийских научных конференциях, выставках, симпозиумах и семинарах, среди которых:
Конференция «Промышленная безопасность металлургического комплекса», Кемерово, 1997;
Выставка в Амстердаме, Голландия, 8... 11.06.1999;
Выставка «Brussels Eureka 2000», Бельгия, г. Брюссель, 20.11.2000;
Конференция «Безопасность нефтегазового комплекса», Москва, 2000;
Международный симпозиум «Влияние сейсмической опасности на трубопроводы в Закавказском и Каспийском регионах», Москва, 2000;
Конференция энергетиков РАО «ЕЭС России» на тему: «Современные методы контроля энергетического оборудования», Москва, ВВЦ, павильон «Электрификация», 24-26 мая 2000;
Семинар экологов и нефтепромышленников Минэнерго России на тему «Концепция реагирования на разливы нефти и обоснование аварийных ресурсов», Минэнерго России, г. Брянск, 26-29 сентября 2000;
VII Ежегодная конференция Consistent Software, Секция
«Геоинформационные системы», Москва, 2002;
Семинар Госгортехнадзора России «Об опыте декларирования промышленной безопасности и развитии методов оценки риска опасных производственных объектов», г. Москва, 24-25 сентября 2002;
Пятая Всероссийская конференция "Оценка и управление природными рисками" (Риск - 2003), г. Москва, 26-27 марта 2003;
Всероссийская научно-практическая конференция «Стратегические риски чрезвычайных ситуаций: оценка и прогноз», Москва, 15-16 апреля, 2003;
Семинар по теме «О новых требованиях по предупреждению ЧС на ПОО и объектах жизнеобеспечения. Проблемы оценки риска, декларирование безопасности, страхование ответственности за причинение вреда при эксплуатации опасных объектов », Москва, 07-09 октября 2003;
Всероссийская научно-практическая конференция (Минобразование России) на тему: «Техносферная безопасность, надёжность, качество, энергосбережение», г. Ростов-на-Дону, Шепси, 2004;
Всероссийская научно-практическая конференция (Минобразование России) на тему: «Безопасность и экология технологических процессов и производств», п. Персиановский, март 2005;
Семинар УИЦ ПК РГУН и Г им. И.М.Губкина на тему: «Безопасность хранения топлива и ликвидация разливов нефтепродуктов», 17.05.2005;
Научный семинар Ростехнадзора на тему: «Промышленная и экологическая безопасность опасных производственных объектов», УМЦ ФГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 23.05.2005;
Совместное совещание экспертов проекта «ТАСИС» и экспертов Российского научного общества риска, 24 мая 2005 г., г. Москва (НИЦ «Промтехбезопасность»), в рамках Семинара-дискуссии под председательством эксперта ЕС Жан-Пьер Массуе на тему: «Приемлемый риск в управлении чрезвычайными ситуациями»;
Семинар МЧС России на тему: Государственное регулирование
вопросов предупреждения ЧС и оценки комплексного риска на региональном уровне, г. Звенигород, 25.05.2005;
Семинар МЧС России на тему: Современные требования в области предупреждения чрезвычайных ситуаций. Доклад: Методология комплексной оценки рисков чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на территории субъекта РФ, г. Москва, ГК «Измайлово», 28.09.2005;
Международный семинар на тему: Об опыте декларирования промышленной безопасности. Оценка риска аварий на опасных производственных объектах, г. Москва, ВВЦ, павильон 69, 26-27.10.2005;
Всероссийская научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2005), Секция «Информационные технологии и безопасность жизнедеятельности», МГТУ им. А.Н.Косыгина, 22...23 ноября 2005;
Научно-практический семинар «Разработка паспортов безопасности опасных объектов, территорий субъектов РФ и муниципальных образований», Москва, МЧС России, 14... 16 декабря 2005;
Всероссийская научно-практическая конференция «Безопасность и экология технологических процессов и производств» (Ростов-на-Дону -Шепси, 2006) и др.
Школа-семинар повышения квалификации и переподготовки специалистов РФ и стран СНГ на тему «Надежность и безопасность строящихся и эксплуатирующихся объектов в сложных геолого-климатических условиях, анализ и управление природно-техногенными рисками», г. Санкт-Петербург, Кронверкский б-р, 9, 2006 г.
Семинары и совещания в МЧС России, Ростехнадзоре, ГАСИС и др.
Основные аспекты в становлении концепции безопасности
В начале 80-х годов прошлого столетия в большинстве развитых стран традиционная концепция «абсолютной безопасности» - ALAPA (аббревиатура от "As Low As PracticabLe AchievabLe": «настолько низко, насколько это достижимо практически») [48, 285] уступила место концепции управления безопасностью. В новой концепции самым важным вопросом является оценка «приемлемого риска», которая должна производиться исходя из экономических и социальных причин.
В настоящее время используются два подхода к оценке приемлемости уровня риска [66, 285] - это предписывающий и обосновывающий подходы. В предписывающем подходе уровень риска устанавливается директивно, например, по аналогии с его уровнями в других странах или при сопоставлении с природным риском. В обосновывающем подходе оптимальная величина приемлемого риска определяется научными исследованиями.
В предписывающем подходе величина риска включается в методики, нормы и правила, стандарты, руководящие документы, в которых однозначно определены требования к мерам, которые необходимо исполнить. Установленный с их помощью «уровень приемлемого риска» не является оптимальным, но может быть близким к эффективному уровню.
При установлении приемлемого уровня по аналогии с другими странами чаще всего перенимается опыт Великобритании, Голландии, Венгрии и Чешской Республики. Например, в Голландии на законодательном уровне для предельно допустимого уровня (ПДУ) индивидуального риска, обусловленного хозяйственной деятельностью, принято значение риска гибели человека, равное 10 б год"1.
В соответствии с экспертными оценками учёных России (общество анализа риска) ПДУ индивидуального риска для России оценивается диапазоном 10"4...10"5 год"1, при этом нижняя граница ПДУ рисков (10"5) предлагается для проектируемых и вновь строящихся объектов, а верхняя (10") - для функ ционирующих объектов. Однако, эти экспертные оценки уровней риска не являются оптимальными.
Очевидно, обоснование оптимального уровня риска заключается в поиске некоего баланса между затратами на обеспечение безопасности и тем снижением риска, который обусловлен реализацией этих мер. Управляющее воздействие для снижения риска с достижением сбалансированности между затратами на меры и выигрышем для общества и окружающей среды от снижения риска носит название принципа «разумной достаточности» (ALARP) [48,49, 50].
Применение этого принципа предполагает стоимостную оценку мер безопасности и выгод от их применения, однако, на начальных этапах разработки этих мер это представляется сложным. Для обоснования необходимы математические модели, позволяющие проводить оптимизацию соотношений между затратами и выгодами от снижения риска. Оптимизация затрат и выгод от снижения риска связана с необходимостью рассмотрения объектов и синтезом средств снижения рисков как многоуровневых иерархических систем, учетом этапов жизненного цикла объекта и его элементов. Результатом такого обоснования являются приоритеты в инвестиционной и технической политике предупреждения и смягчения рисков. В странах Европейского Союза эксплуатирующим организациям дано право самим обосновывать эти меры.
Концепция управления промышленной безопасностью и риском наиболее полно была изложена в работе Измалкова В. И. [129, 1998 г.].
Концепция управления безопасностью включает в себя следующие основные принципы: приоритет принципа сохранения здоровья над другими принципами; риск возникновения аварии на объектах энергетики отличен от нуля; в качестве последствий аварий рассматриваются все возможные негативные последствия для человека и окружающей среды; выбор мер безопасности базируется на принципе «разумной достаточности», т. е. оценка мер безопасности строится на анализе затрат и выгод, свя занных с мерами по снижению риска; уровень «приемлемого риска» обосновывается оптимизацией соотношения между возможным ущербом от аварий и затратами, связанными со снижением риска аварии; безопасная эксплуатация оборудования с высоким уровнем износа связана с повышенными затратами ресурсов на меры по снижению риска аварии.
В 1960-е годы в рамках исследований надёжности в машиностроении зарождались начала оценок риска, основным поворотным моментом явился поворот в методах от анализа поведения отдельных элементов различного типа (механических, гидравлических, электрических) к последствиям, вызываемыми отказами этих элементов в соответствующей системе. При этом анализ проводился с применением блок-схем. Однако, с увеличением сложности блок-схем появилась необходимость в других методах.
Разработка методов оценки риска для условий распределенных по территории реципиентов риска и наличия пространственно-временных неопределенностей
Математическое ожидание количества погибших определяется с учетом плотности fly) вероятности размещения людей в течение суток в зданиях по формуле [17] 24 «W M(N)= \ \ \ P{0)-Ax,y,0)-ip{x,y)-Ar)-d0-dvdF, (2.6) F 0 Фтіп где Р( Ф) — вероятность гибели человека при интенсивности поражающего фактора не менее Ф; /(х,у,Ф) — плотности распределения вероятности интенсивности поражающего фактора, вызывающей гибель человека; Ц/{х,у) — плотность людей в пределах рассматриваемой площадки.
Выражение математического ожидания количества погибших людей определяется с учетом вероятности нахождения людей в течение времени суток в зоне риска f(z), плотностей распределения вероятности времени по направлениям ветра/ґД) и вероятности времени по дрейфу облака UBCf(L) в течение года. M(N)=\P[0{x,y)\{x,y)-f{Lyf{T)-f{/3)-dL-dfi-dT-dF. (2.7) F О 0 Средний no объекту индивидуальный риск гибели человека К = ТГ\ I \A x,y)\ir(xiy\ttLy№-f{P)-dL-dp.dT-dF, (2.8) я F О 0 где Nj, - общее число людей на территории объекта; Н- частота взрывов ПВС.
Модель сопротивляемости человека высокой температуре окружающего воздуха
Опасности поражения людей тепловым излучением и воздушной ударной волной связаны с эффектом внезапности появления указанных факторов и значительными радиусами зон поражения. При больших интенсивностях ОФП даже при небольших длительностях воздействий незащищенный человек может погибнуть. В связи с этим следует различать случаи ударного, импульсного и длительного воздействий теплового излучения. В двух первых случаях можно говорить об интенсивности и дозе излучения (случай «огненного шара»), в третьем случае - о критической плотности теплового излучения (пожар пролива).
Тепловое равновесие организма человека при температуре более 33...37С поддерживается за счет интенсивного потоотделения, но оно чревато угрозой дегидратации (обезвоживания) организма. Так, потери воды за счет потоотделения при температуре окружающей среды 38С в состоянии покоя человека достигают 0.3 кг/ч [7, 276].
При повышении температуры окружающего воздуха свыше 50С самочувствие человека ухудшается и через некоторое время (в зависимости от возраста и здоровья человека) заканчивается тепловыми ударами.
Тепловой удар, как известно, характеризуется повышением температуры тела до 39...43С и является следствием недостаточности системы терморегуляции, водного и солевого истощения.
При тепловом ударе тяжелой формы температура тела может повыситься до 41.. .42С и наступить смертельный исход. Предельно-допустимые температуры в состоянии покоя переносятся организмом более продолжительное время (рис.2.1).
При внезапном попадании человека в зону высокой температуры у него возникает период "возбуждения" с включением максимальной реакции теплоотдачи и увеличением рефлекторной возбудимости при прогрессирующем росте температуры тела. Вслед за этим замедляется дыхание и при температуре тела 43С наступает смерть.
Безопасное время гарантирует сохранение температуры тела в пределах 37С, учащение пульса до 80... 114 ударов в минуту и частоты дыхания до 20...22 в минуту с сохранением удовлетворительного самочувствия.
Предельно допустимое время предусматривает возможное повышение температуры тела до 38,5С, увеличение частоты пульса до 120...130 ударов в минуту и частоты дыхания - до 24...26 в минуту. Могут возникнуть жалобы на плохое самочувствие.
Предельно возможное время пребывания в зоне экстремальных температур обусловлено достижением некоторыми физиологическими функциями организма критических значений: температуры тела - 38,8С (не выше 39,5С), частоты пульса и дыхания соответственно 130...150 ударов в минуту и 26...28 дыханий в минуту. Сама по себе высокая температура обладает гипоксическим действием, т. е. способствует снижению насыщения артериальной крови кислородом и приводит к эффекту комбинированного действия.
Зависимости безопасной, предельно допустимой и предельно возможной температуры воздуха от длительности её воздействия на человека в состоянии покоя можно представить в виде математических выражений (рис.2.1). f,oo=70 + 130exp(-0,03r); (2.9) tso=55 + 100ехр(-0,03г); (2.10) Ґ0=40 + 70ехр(-0,03г), (2.11) где t loo, 15о, t о - верхние границы температурного интервала в градусах Цельсия, вызывающие гибель незащищенного человека с вероятностью, соответственно, 100 %, 50 % и 0 %; х- время пребывания человека при высокой температуре воздуха, мин.
Классификация аварий с разливом нефти как чрезвычайных ситуаций по масштабу
В условиях эксплуатации нефтепроводных систем с высоким уровнем износа производственных фондов существует риск разлива нефти при аварийном разрушении нефтепровода. В таких условиях затрачиваются средства на меры по его снижению. С одной стороны, усиливается диагностика их технического состояния, с другой стороны, принимаются меры по созданию сил и средств оперативного реагирования на возникший аварийный разлив нефти.
Масштабы загрязнений окружающей среды можно ограничить, если возникшую аварию локализовать и собрать вытекшую из нефтепроводной системы на рельеф нефть. Для реагирования на возможные аварии необходимо знать риски аварий и уметь прогнозировать процесс распространения нефтяного пятна по суше.
Действующие методики[190, 196] связывают объемы ресурсов сил и средств локализации возможных разливов нефти с риском аварий на нефте-проводной системе и уровнем этих сил и средств. Однако, они не содержат методологии выбора этих сил. Это связано, главным образом, с отсутствием исходных данных для обоснования уровня ресурсов. В последние годы появились ГИС-технологии [16, 19, 26, 156], которые могут восполнить указанный дефицит информации о процессах распространения нефти по поверхности суши.
В действующих методиках даны рекомендации для оценки риска аварий [190, 196]. Для аварий, связанных с разрушением магистральных нефтепроводов, место разрыва, масса пролитой нефти и координаты границ её распространения являются случайными величинами. Учитывая наличие на нефтепроводах секционной (линейной) трубопроводной арматуры, массы пролитой нефти (и соответствующие им частоты) по сценариям истечения нефти прогнозируются для каждой секции нефтепровода отдельно.
В соответствии с нормативными документами [190, 196] при анализе риска аварий на магистральных нефтепроводах (МН) проводятся: идентификация опасностей; оценка риска аварий; разработка рекомендаций по снижению риска. При этом оценка риска аварий включает в себя оценки объемов и площадей загрязнения. Зона влияния возможных аварий на нефтепроводах определена достаточно условно (для наземных участков - 200 м), без учета рельефа местности и возможного распространения утечек по водотокам. Методические указания [193] позволяют осуществлять приближенную оценку степени риска аварий на магистральных нефтепроводах.
Для более точной оценки рисков загрязнения территории необходимо использовать возможности ГИС-технологий [16, 19, 26, 160].
Методы оценки риска и их использование для экспертизы промышленной безопасности объектов [193, 196] на основе обобщенного анализа статистики отказов и сценариев развития аварий позволяют создать алгоритм зонирования территории по риску и обосновать механизмы управления риском с учетом технологической и региональной специфики объектов.
Оценку степени риска аварий на магистральных газопроводах в [196] рекомендуется осуществлять с учетом восьми групп факторов, к которым относятся: внешние антропогенные воздействия; коррозия; качество производства труб; качество строительно-монтажных работ; конструктивно-технологические факторы; природные воздействия; эксплуатационные факторы; дефекты тела трубы и сварных швов.
При этом трасса нефтепроводной системы разбивается так на участки, что в пределах одного линейного участка значения факторов влияния примерно одинаковы. Большое количество факторов в группе [193, 196] приводит к такому количеству данных и вычислений, что оценка риска требует применения современных компьютерных ГИС-технологий.
Риски, полученные с использованием предлагаемых методов, адекватно учитывают местные особенности, позволяют выбирать варианты страховой защиты объекта, выявлять слабые места и обосновывать мероприятия по повышению промышленной безопасности объекта энергетики.
Для обоснования сил и средств ликвидации возможных разливов нефти на каждом участке нефтепровода моделируются разливы нефти. В одних методиках авторами предложены модели, в которых отражаются стрелками направления течения нефти по суше [156], в других показываются границы [168]. Однако, полную динамическую картину растекания нефти по суше и малым рекам эти методы не дают. А такая модель необходима при обосновании выбора варианта действий сил и средств на случай аварии.
Причины аварийных разрушений дымовых труб
Обрушения дымовых труб представляют прямую угрозу для людей, зданий и сооружений, находящихся в радиусе, равном высоте дымовой трубы. Кроме того, сейсмические волны в грунте, вызванные падением большой массы трубы, способны разрушить другие рядом расположенные объекты. Косвенной, но не менее важной причиной является нарушение систем жизнеобеспечения, например при обрушении труб электростанций. Так, в 1991 г. из-за надлома бетонной дымовой трубы Уфимского нефтеперерабатывающего завода готовились эвакуировать население г. Уфы, так как её верхняя 30-метровая часть могла обрушиться на емкость со взрывоопасными и токсичными веществами. Тогда удалось избежать катастрофы, обрушив с помощью направленного взрыва надломленную часть трубы в строго заданный сектор площадки под трубой.
В настоящее время на промышленных предприятиях России эксплуатируются более 3000 только железобетонных труб различных конструкций высотой до 420 метров и десятки тысяч металлических дымовых и вентиляционных труб.
Большинство из находящихся в эксплуатации дымовых труб, построенных в период интенсивного промышленного развития в 1950...1970 годы, имеют расчетный срок службы 50 лет. По мере увеличения сроков эксплуатации дымовых труб все острее встают вопросы обеспечения контроля их состояния, проведения профилактических работ, а, следовательно, обеспечения безопасной их эксплуатации. По опыту обследований труб и опыту зарубежных компаний, эксплуатирующих промышленные трубы, через 10 лет эксплуатации около 50 % труб нуждаются в поддерживающем ремонте, а через 20 лет почти 50 % труб - в капитальном ремонте. Вместе с тем технические службы предприятий, ответственные за безопасное состояние дымовых труб, как правило, не имеют соответствующего оборудования и персонала необходимой квалификации и подготовки.
Из-за спада производства во многих отраслях промышленности из-за значительного снижения загруженности происходят частые остановки и пуски промышленных агрегатов. Это приводит к непроектным режимам эксплуатации труб, появлению в них конденсата, быстрому разрушению защитных футеровок, а затем и несущих стволов и созданию аварийных ситуаций. В результате в последние годы отмечается снижение надежности и безопасности эксплуатации дымовых труб электростанций.
Анализ аварий показывает, что разрушение дымовых труб прямо связано с нарушением режимов их эксплуатации, практически полным отсутствием технического надзора, недооценкой важности проведения технических диагностических мероприятий. Нередко проводится техническое обследование дымовых труб, находящихся в аварийном состоянии.
Ниже приведены примеры аварий труб в России и странах СНГ: обрушение верхних 30 м железобетонного ствола дымовой трубы высотой 90 м в котельной г. Ломоносова (1988 г.); надлом железобетонного ствола (в 30 м от верха) дымовой трубы высотой 150 м на НПЗ «Уралнефтехим» в г. Уфе (1991 г.); обрушение дымовой трубы высотой 120 м на Мубарекском газоперерабатывающем заводе в Узбекистане (1993 г.); обрушение оголовка дымовой трубы № 2 высотой 100 м на Курганской ТЭЦ (1993 г.); обрушение железобетонной трубы на ТЭЦ в г. Рустави, Грузия (995 г.); обрушение железобетонной трубы высотой 100 м на ТЭЦ в г. Кузнецке Пензенской области (1999 г.); обрушение железобетонной трубы высотой 90 м в Кемеровской области (2000 г.); обрушение металлической трубы высотой 60 м котельной г.Шарыпово Красноярского края (2000 г.); обрушение 120 м железобетонной трубы на ТЭЦ г. Барнаул в Алтайском крае (2003 г.).
Причины аварийных разрушений дымовых труб
Дымовые трубы работают в сложных условиях перепадов температур, давлений, влажности, химического воздействия газов, ветровых нагрузок, нагрузок от собственного веса.
Внутренняя поверхность труб, как правило, представляет собой герметичную цилиндрическую стенку из кислотоупорного кирпича, называемую футеровкой, которая служит для защиты бетона несущего ствола дымовой трубы от разрушающих высокотемпературных (до 300 С) и химических (S02; SOy, NH3 Н20 и др.) воздействий уходящих газов.
Нарушение герметичности футеровки приводит к местным воздействиям на материал ствола, в результате которых происходят необратимые изменения химического состава бетона, приводящие не только к ухудшению прочностных свойств, но и появлению дополнительных напряжений в бетоне ствола.
