Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические положения методов анализа риска 10
1.1. Основные понятия и определения теории управления безопасностью и анализа риска 11
1.2. Обзор подходов к анализу риска 21
1.3. Роль человеческого фактора в оценке риска 26
1.4. Методы и этапы оценки риска аварии 28
1.5. Анализ методик, используемых при оценке риска 40
1.6. Выводы и задачи исследования 52
Глава 2. Идентификация и установление приоритета опасностей 60
2.1. Условия возникновения аварийных ситуаций 60
2.2. Статистика аварийности мирового торгового флота 70
2.3. Оценка интенсивности отказов технических средств танкеров 82
2.4. Применение интегрального закона распределения интенсивности отказов... 94
2.5. Энтропийный подход к оценке интенсивностей отказов морской техники .101
2.6. Использование метода экспертных оценок для идентификации и ранжирования опасных событий 108
2.7. Статистика отказов человеческого звена в сложных технических системах 118
2.8. Выводы 127
Глава 3. Анализ риска эксплуатации судовых энергетических установок и их элементов .129
3.1. Анализ риска эксплуатации судового вспомогательного котла цилиндрической конструкции 131
3.2. Экспериментальное исследование причин, вызывающих интенсивное образование трещин в металле корпуса котлов типа"Санрод" 145
3.3. Оценка напряжений, возникающих в металле корпуса котла вследствие загрязнения накипью и сажей .159
3.4. Анализ риска эксплуатации СЭУ танкеров 180
3.5. Повышение эксплуатационной надежности СЭУ посредством предотвращения обрастания систем циркуляции забортной воды. 187
3.6. Выводы 193
Глава 4. Анализ риска выполнения грузовых операций на танкерах 195
4.1. Особенности технологического процесса проведения грузовых операций на танкерах 195
4.2. Анализ опасностей и риска эксплуатации насосных агрегатов грузовых систем 203
4.3. Анализ риска эксплуатации технологических трубопроводов грузовой системы 205
4.4. Анализ риска проведения операций наполнения и опорожнения грузовых танков 210
4.5. Пример расчета величины экологического риска, сопровождающего грузовые операции на танкерах .221
4.6. Выводы .231
Глава 5. Надежность человека 233
5.1. Классификация ошибок человека 235
5.2. Факторы, формирующие деятельность человека 246
5.3. Количественное определение факторов, формирующих деятельность человека 251
5.4. Ошибки повседневные и возникающие при выполнении процедур 258
5.5. Вероятность отсутствия реакции человека в процессе развития аварии .268
5.6. Оценка количества ошибок человека при наличии жестких временных ограничений 272
5.7. Метод экспертных оценок надежности человека 280
5.8. Анализ надежности оператора по его усредненным характеристикам... 283
5.9. Выводы 286
Глава 6. Использование имитационных моделей для оценки техногенного риска 288
6.1. Энергоэнтропийная концепция природы техногенных происшествий .288
6.2. Основные идеи моделирования процесса возникновения техногенных происшествий 292
6.3. Оценка влияния психофизиологических свойств человека на вероятность возникновения аварий 300
6.4. Влияние безопасности судового оборудования на вероятность возникновения аварийных происшествий 306
6.5. Оптимизация значений факторов безопасности 309
6.6. Выводы .314
Заключение 315
Список использованных источников .319
Приложение 1.
- Обзор подходов к анализу риска
- Статистика аварийности мирового торгового флота
- Экспериментальное исследование причин, вызывающих интенсивное образование трещин в металле корпуса котлов типа"Санрод"
- Анализ опасностей и риска эксплуатации насосных агрегатов грузовых систем
Введение к работе
Перечень произошедших за последние полвека катастроф на море не оставляет сомнений в необходимости анализа риска эксплуатации таких опасных производственных объектов, как танкеры, их судовые энергетические и грузовые системы. В настоящее время обеспечение безопасности и приемлемого уровня риска является принципиальным вопросом, определяющим перспективы развития морской техники.
Подтверждением сказанному является принятие в 1993 году Резолюции ИМО А.741(18) "Международный кодекс по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения" (МКУБ - ISM Code) и придание кодексу обязательного применения включением его в качестве главы IX в Международную Конвенцию СОЛАС. В разделе 1.2 Кодекса отмечается, что его цели состоят в обеспечении безопасности на море, предотвращении несчастных случаев или гибели людей и избежании причинения ущерба окружающей среде, в частности морской среде, и имуществу. Цели компании, связанные с управлением безопасностью, должны, среди прочего: 1) обеспечивать безопасную практику эксплуатации судов и безопасные для человека условия труда; 2) обеспечивать защиту от всех выявленных рисков; и 3) постоянно улучшать навыки берегового и судового персонала, относящиеся к управлению безопасностью, включая готовность к аварийным ситуациям, связанным как с безопасностью, так и защитой окружающей среды.
Важность рассматриваемой проблемы обусловлена потенциальной опасностью морских судов и, в особенности, танкерного флота для членов их экипажа, окружающей природной среды, населения. В связи с отмеченным, технические средства, обеспечивающие эксплуатацию танкера, относятся к числу наиболее ответственных с экологической, экономической и социальной точек зрения объектов, обеспечение безопасности которых представляет собой отдельную проблему. При этом безопасность судовых технических средств и танкера в целом рассматривается в качестве самостоятельного свойства, обеспечение которого осуществляется с помощью специальных технических средств, как в условиях нормальной эксплуатации, так и в случае возникновения аварийных ситуаций, вызванных действиями или бездействием человека, техногенными или природными воздействиями.
В данной работе анализ риска строится на основе вероятностной методологии, предложенной Дж. Расмуссеном в середине прошлого века для целей анализа безопасности атомных электростанций в США и получившей в дальнейшем широкое развитие.
Применительно к отечественным и зарубежным опасным производственным объектам различные аспекты этой методики нашли свое отражение в трудах X. Кумамото, Э. Дж. Хенли, Дж. Раста, Л. Уивера, В. Маршала, К.В. Фролова, Н.А. Махутова, В.А. Острейковского, С.Г. Шульмана, А.Н. Елохина. Значительным вкладом в разработку методов анализа риска является использование моделирования явлений и процессов, связанных с возникновением аварийности на опасных производственных объектах, предложенного коллективом ученых МГТУ им. Н.Э. Баумана в составе П.Г. Белова, А.И. Гражданкина и других. Решением задач, связанных с управлением безопасностью на кораблях ВМФ на основе логико-вероятностного метода занимаются ученые научной школы под руководством профессора И.А. Рябинина. Вопросы надежности и безопасности при эксплуатации морской техники транспортных судов получили свое широкое развитие в научных трудах ученых Государственной морской академии имени адм. СО. Макарова, профессоров Н.И. Денисенко, В.В. Романовского, И.И. Костылева, В.А. Петухова.
Сложность и актуальность системного анализа безопасности при эксплуатации морской техники с учетом экстремальных техногенных и природных воздействий обусловлена следующим: особая экономическая, социальная и экологическая ответственность морского транспорта; сложность рассматриваемой системы, необходимость учета взаимодействия большого числа подсистем и элементов, возможность возникновения отказов по общим причинам; сущест венная неполнота исходной информации о возможных воздействиях и особенностях поведения рассматриваемых объектов, необходимость учета случайных и неопределенных факторов; важность развития методологии оценки индивидуальной и экологической безопасности сложных технических систем для создания и развития других опасных производственных объектов и технологий в различных областях человеческой деятельности.
Увеличение опыта эксплуатации современных высокоавтоматизированных морских судов, а также изучение сценариев развития имевших место на танкерном флоте катастроф сформировало устойчивую тенденцию к ужесточению требований, предъявляемых к безопасности при эксплуатации судовых технических средств. В настоящее время в рамках выполнения жестких требований МКУБ в плане поддержания сертифицированных компаниями систем управления безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения проводится большой объем работы по увеличению надежности и безопасности эксплуатируемых и создаваемых вновь объектов морской техники. При этом с учетом последних рекомендаций ИМО происходит отказ от концепции единичного отказа к выполнению вероятностной оценки эксплуатирующейся техники в рамках концепции приемлемого риска. Этот подход принимает во внимание весь комплекс возможных воздействий и их негативных последствий. В условиях существенной роли случайных и неопределенных параметров это позволяет более адекватно учесть разбросы характеристик внешнего воздействия и рассматриваемого объекта, а также условности расчетных моделей, несовершенство средств диагностики, возможные ошибки персонала и некоторые другие особенности функционирования сложных технических систем морского судна. К настоящему моменту сложилась определенная схема выполнения вероятностных анализов безопасности. Тем не менее, применение вероятностных подходов на основе концепции приемлемых рисков к оценке безопасности судовой техники носит ограниченный характер и в большинстве случаев выполнены только весьма приблизительные его оценки. Большинство исследований не уделяет должного внимания вкладу человеческого фактора и касаются в основ ном различных аспектов функционирования технологического оборудования. Основные причины, препятствующие дальнейшему развитию концепции приемлемого риска на морском флоте, сводятся к следующему:
- отсутствие единого подхода к задачам вероятностного анализа безопасности технических систем при различных внешних и внутренних воздействиях;
- различный уровень расчетных моделей и методик оценки надежности для подсистем и элементов СЭУ, а также недостаточная проработанность отдельных задач, возникающих при проведении анализа безопасности, что затрудняет комплексную оценку риска для всей технической системы судна в целом;
- отсутствие достаточного опыта проведения такого рода исследований в практике проектных организаций, занимающихся созданием оборудования для морских судов и достаточного количества расчетов различных элементов СЭУ, способных служить примером проведения вероятностных оценок безопасности.
Целью исследования является рассмотрение отмеченных аспектов проблемы вероятностного анализа безопасности эксплуатации судовых технических средств. Работа включает шесть глав, введение, заключение и приложение.
Первая глава посвящена раскрытию основных принципов анализа безопасности человеко-машинных систем и формулировке задач исследования. На основе анализа отечественных и зарубежных публикаций рассмотрены существующие методы оценки риска, сделан вывод о необходимости перехода от концепции "нулевого" риска к политике "приемлемого" риска, базирующейся на принципе: "настолько низко, насколько это достижимо в пределах разумного". Рассмотрены этапы и особенности оценки индивидуального, профессионального, социального, экономического и экологического рисков.
Во второй главе рассмотрены методы и приведены результаты статистической обработки данных по отказам судовых технических средств, а также статистические данные по надежности человека-оператора. Выявлены десять опасностей, имеющие неприемлемый уровень риска.
В третьей главе выполнен анализа риска и безопасности эксплуатации технических средств танкеров. Выполнен детальный анализа риска и безопас ности для аварийных ситуаций: взрыв судового вспомогательного котла огне-трубно-водотрубной конструкции (типа "Санрод") на танкере, движущемся в полном грузу; потеря ходкости танкера, движущегося в полном грузу.
В четвертой главе рассмотрены методы и приведены результаты анализа риска проведения грузовых операций на танкерах. Составлены сценарии развития аварий на танкере, вызванных разгерметизацией грузовых трубопроводов и переливом нефти в процессе наполнения его танков. С использованием построенных деревьев событий выполнен количественный анализ вероятности появления поражающих факторов для указанных опасных ситуаций.
В пятой главе рассмотрены методы качественной и количественной оценки надежности человека-оператора. С учетом того, что деятельностью человека руководят мыслительные процессы, основанные на навыках, правилах или знаниях, предложено использовать логическое дерево предсказания ожидаемого поведения механика при выполнении им работы. Показаны способы оценки формирующих деятельность факторов. В зависимости от типа ошибок рекомендованы различные модели количественной оценки надежности человека.
В шестой главе, учитывая неприемлемость по этическим и экономическим соображениям экспериментального изучения аспектов, касающихся жизни людей и загрязнения окружающей среды, предложено использовать метод математического моделирования явлений и процессов, связанных с возникновением происшествий. В качестве основы для имитационного моделирования выбрана логико-лингвистическая модель возникновения происшествия в человеко-машинной системе. С использованием данной модели, а также методов планирования эксперимента получены уравнения, описывающие зависимость вероятности возникновения происшествий от психофизиологических характеристик человека и используемого оборудования. Решена задача оптимизации предполагаемых мер безопасности на анализируемом техническом объекте.
В заключении содержатся выводы из выполненного исследования и рекомендации. В приложениях приведены вспомогательные данные по характеристикам человека и акт внедрения результатов работы в ОАО "Новошип".
Обзор подходов к анализу риска
До начала 80-х годов 20-го столетия во всех странах мира политика обеспечения защиты человека и окружающей среды от техногенных факторов была ориентирована на достижение "абсолютной" безопасности [72]. Любая техногенная опасность рассматривалась как чрезмерная, которую требовалось исключить, то есть свести риск к "нулевому" значению.
Однако уже в 70-х годах стало очевидно, что политика безопасности неадекватна характеру хозяйственной деятельности. В силу беспрецедентного роста масштабов промышленного производства возможности многих экосистем к самоочищению исчерпались. Во имя улучшения экономических показателей произошло колоссальное повышение единичной мощности объектов промышленности. И хотя все они проектировались так, чтобы их надежность была максимальной, аварии, тем не менее, случаются. Как показали исследования, требование "абсолютной" безопасности, то есть "нулевого" риска, которое составляло основу законодательства в нашей стране, в конечном счете, привело к дорогостоящим и даже трагическим последствиям для экономики и населения.
Во всем мире еще с конца 70-х годов начался процесс, направленный на разработку новой политики по обеспечению безопасности человека и ок ружающей среды - политике "приемлемого" риска. Это понятие произошло от принятого в современной научной литературе термина - "принцип приемлемого риска" (принцип ALARA). Следовательно, если нельзя создать абсолютно безопасные технологии, обеспечить абсолютную безопасность, то следует стремиться к достижению хотя бы такого уровня риска, который можно счесть "приемлемым", то есть его величина настолько незначительна, что ради получения при этом выгоды в виде материальных и социальных благ человек или общество готовы пойти на этот риск.
В соответствии с концепцией перехода Российской Федерации к устойчивому развитию, утвержденной Указом Президента РФ № 440 от 1 апреля 1996 г., общей целью развития социально-экономической формации является создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребностей сегодняшнего дня, не подвергая риску способность окружающей среды поддерживать жизнь в будущем. Подцелями для решения поставленной задачи являются: 1) повышение качества жизни каждого члена общества и 2) обеспечение при этом безопасности его и окружающей среды.
Между отмеченными выше двумя подцелями устойчивого развития всегда существует определенная конкуренция: общество может улучшить качество жизни за счет безопасности его членов. Наблюдается и обратная ситуация: зачастую внедрение дорогостоящих технических систем безопасности оказывается столь разорительным для общества, что в результате общий риск для его членов лишь возрастает.
Для примирения указанного противоречия существует специальная прикладная наука - Управление риском. Она идентифицирует риски различной природы и вычисляет соответствующие им величины оптимальных затрат, необходимых для снижения величины рисков. Критерием оптимальности затрат является максимально возможное снижение суммарного риска, которое достижимо только на данной ступени развития социально-экономической системы, что фактически означает "при данном качестве жизни". В процессе оптимального управления суммарный риск снижается до некоторой приемлемой для общества величины. Вычисление этой величины есть одна из зада теории управления риском.
В течение последних 20-30 лет в отечественной и зарубежной литературе, частично представленной перечнем [12, 13, 16, 18, 23, 65, 77, 82, 83, 153, 168, 172, 183, 193, 198, 213], сложился общий научно-методический подход к проблеме регламентирования риска. Базовыми при этом являются понятия риска и безопасности, определения которым даны в разделе 1.1. Обычно выделяются три основные процедуры регламентирования риска: 1) Анализ (analysis, estimation) - касается идентификации опасностей, определения последствий их реализации и вероятностных характеристик этих событий; 2) Оценка (assessment, evaluation) - предназначена для оценки и соизмерения: а) опасностей, имеющих различный характер последствий для человека (смертельный исход, болезни, сокращение продолжительности жизни и др.) и окружающей среды; глобальных (например, вследствие утечек одного из "парниковых" газов - метана) и локальных последствий (в месте аварии нефтяного танкера или разрушения нефтепровода); б) различных распределений вероятности (аварии малых масштабов с высокой вероятностью и крупных аварий с малой вероятностью); в) опасностей и риска, касающихся различных групп населения (профессиональный риск и риск населения; риск современного и будущего поколения и др.); 3) Управление (management) - касается организационных, экономических и политических аспектов. Эта процедура направлена на установление стандартов, разработку нормативных и правовых документов с учетом требований безопасности, формирование экономических механизмов, способствующих снижению риска, а также ликвидации негативных последствий. В соответствии с принятой мировым сообществом концепцией приемлемого риска рациональная безопасность устанавливается исходя из необходимости максимально возможного экономически оправданного снижения
Статистика аварийности мирового торгового флота
Ежегодно в мире терпит аварию около 6 тысяч судов, то есть в аварийные случаи ежегодно вовлекается до 20% судов действующего флота. При этом ежегодно гибнет 100-200 судов валовой вместимостью 500 и более ре гистровых тонн [86]. Однако тенденция довольно позитивная: если в 60-е годы гибло порядка 0,6% судов, в 80-е годы - 0,34%, то в 90-е годы - около 0,17% [175] (см. рис. 2.2).
За двадцать лет - с 1979 по 1999 годы - относительный процент гибели судов уменьшился вчетверо, в то время как средний возраст флота за тот же период увеличился в 1,6 раза [175]. Тем не менее, потери от аварийности остаются достаточно велики, хотя уровень риска существенно снизился. Так, по данным Клуба взаимного страхования "UK Club", в регистровых книгах которого около 20%» всего мирового тоннажа, за 10 лет (1987-1996 гг.) общая сумма исков по 3719 страховым случаям составила 1,675 млрд. долларов США, то есть в среднем - по 474 тыс. долларов на случай (при этом учитывались только иски по 100000 долл. США и более). Однако отмечается, что только 2% страховых случаев дают 72% общей суммы рисков [195, 219].
Считается, что социально-экономический ущерб от одной аварии составляет в среднем 120-150 тыс. долл. США для столкновения судов и 400 800 тыс. долл. США для посадок на мель. Однако в ряде случаев этот ущерб может быть существенно выше. Если произошла авария в машинном отделении крупного контейнеровоза, то ущерб компании может составлять около 750000 долл. США за каждые потерянные эксплуатационные сутки. Только две аварии, произошедшие в августе-сентябре 1999 года - столкновение лайнера "Norwegian Dream" и посадка на мель "Norwegian Sky" - стоили компании 19 млн. долл. США [201, 203].
Для предварительной оценки риска необходимо иметь данные по ориентировочной частоте крупных аварий. В США на основе изучения 600 промышленных аварий выведен "закон Хейдриха" о частоте прогнозируемых аварий (закон 10-19-300). По этому закону на 10 крупных аварий приходится 19 средних и 300 мелких. Следовательно, вероятность аварии с крупным ущербом составляет 0,003, со средним - 0,088, и мелким - 0,909 [98]. В определенной степени данное соотношение справедливо и для морского флота.
Аналогичные выводы делаются в отношении загрязнения окружающей среды в результате аварий и инцидентов на море. Так, количество крупных инцидентов (с разливом нефтепродуктов 700 тонн и более) и средних инцидентов (с разливом нефтепродуктов от 7 до 700 тонн каждый) с танкерами мирового флота соотносилось как 1:2,2 в 70-е годы, 1:3,9 в 80-е годы и 1:4,0 в 90-е годы. При этом среднегодовой объем разлитой нефти уменьшился с 318 тыс. тонн в 70-е годы до 138 тыс. тонн в 90-е годы (см. рис. 2.3).
По статистике ITOPF, за 10 лет - с 1989 по 1998 годы - на морском флоте произошло 366 крупных разливов нефти (по 7 и более тонн нефти каждый) с суммарным разливом около 1,25 млн. тонн. Однако из этого количества 893 тыс. тонн (то есть около 71 %) явились следствием всего лишь 10 инцидентов с танкерами. При этом в самом крупном из них - т/х "АВТ Summer" (1991 г.) - разлив составил 260 тыс. тонн нефти [204]. Худшим годом последнего десятилетия был 1991 год (27 инцидентов по 7-700 т каждый и 8 крупных инцидентов с суммарным разливом нефти 435 тыс. тонн), а самым лучшим - 1995 год (2 инцидента с суммарным разливом нефти 9 тыс. тонн). Рис. 2.3. Разливы нефти с танкеров объемом более 5000 баррелей (700 тонн) за период 1970-1999 гг. [204]
Расходы на ликвидацию разливов нефти составляют в среднем около 60 млн. долл. США в год. Однако для судовладельца в случае разлива нефти в водах США "тариф" будет в среднем около 1 млн. долл. США за каждую тонну - или на порядок больше, если применимы специальные статьи законодательства о предотвращении загрязнения [203].
В отношении ущерба для жизни и здоровья людей в США выведен "закон Харда" ("закон 1-10-30-600"). В соответствии с этим законом промышленные аварии характеризуются следующим соотношением: тяжелые увечья или смертельный исход - I случай (0,16%); легкие увечья - 10 случаев (1,56%); травмы без увечья людей - 30 случаев (4,68%); незначительные повреждения имущества - 600 случаев (93,60%).
Ежегодно на морском флоте гибнет около 400 человек (см. рис. 2.4). Однако эти цифры существенно больше в те годы, когда происходят крупные морские аварии с пассажирскими судами: в 1994 г. - 1529 человек ("Эстония" - около 900 человек), в 1996 г. - 710 человек (паром "Bukoba") и т.д. 1800
Если считать, что на борту судов одновременно находится порядка 2 млн. человек, то относительный процент гибели составляет порядка 0,02%.
Учитывая, что максимальный ущерб с учетом затрат на ликвидацию последствий от загрязнения окружающей среды дают аварии на танкерах рассмотрим более детально статистику их аварийности.
Динамика основных показателей аварийности танкеров Представленные ниже данные статистики аварийности мирового флота танкеров получены на основе информации Регистра Ллойда и некоторых других публикаций. Статистикой охвачены нефте- и химотанкеры вместимостью 100 регистровых тонн и более, занятые в торговом мореплавании.
Статистика не включает: аварийные случаи с несамоходными танкерами-баржами; аварии в результате злого умысла или враждебных действий, посадки на мель, повлекшие необходимость облегчения судна и/или помощи буксира, но не повредившие суда и не послужившие причиной загрязнения среды; аварии, послужившие причиной серьезных повреждений другого судна или гибели людей на его борту и/или загрязнения среды с другого судна или причала, но не имевшие "серьезных" последствий для танкера. При выполнении анализа статистики учитывалось, что Регистра Ллойда также как и Лондонский институт морских страховщиков применяют два термина, определяющие потерю судна в результате аварии: "действительно полностью потерянное судно" (actual total losses - ATL) и "конструктивно полностью потерянное" (constructive total losses - CTL). Первый термин применим, если речь идет о гибели (затоплении) судна, обреченного покоиться на "корабельном кладбище". Второй относится к судам, получившим в результате аварии столь тяжелые повреждения, что восстановление их с коммерческой точки зрения не оправдано. Такие суда продаются на металлолом.
Динамика основных показателей аварийности танкеров в результате серьезных аварий за период 1978-1999 годы представлена в табл. 2.2. При этом термин "серьезная авария" относится к случаям пожара, взрыва, столкновения, посадки на грунт, навала, штормового или ледового повреждения, повреждения корпуса, в результате которых: произошли повреждения, делающие судно несамоходным, как, например, нарушение герметичности корпуса ниже ватерлинии, выход из строя главного двигателя, обширные повреждения судовых устройств и т.п.; произошла гибель людей; произошла поломка судовых механизмов и устройств, что потребовало помощи с берега и/или необходимости буксировки танкера; гибель судна.
Экспериментальное исследование причин, вызывающих интенсивное образование трещин в металле корпуса котлов типа"Санрод"
Котлы типа "Санрод" нашли широкое применение на нефтеналивных судах ОАО "Новошип" зарубежной постройки. Отличительной особенностью этих котлов является наличие установленных в газоходной части патентованных элементов "Санрод", показанных на рис. 3.11. Элемент "Санрод" а) представляет собой трубу б), наружная поверхность которой покрыта большим количеством приваренных к ней стальных шипов в). Котлы достаточно просты конструктивно и удобны в эксплуатации. В то же время, к недостаткам котлов следует отнести их низкую безопасность в эксплуатации. Подтверждением сказанного является взрыв судового вспомо гательного котла "Санрод" CPDB-45, произошедший 29 ноября 1993 года во время стоянки т/х "Капитан В. Иванов" на рейде порта Белфаст. При этом котел находился в нормальном режиме работы с давлением пара 7 МПа и исправными предохранительными клапанами и прессостатами. Вертикальный газотрубно-водотрубный котел CPDB-45 производства шведской фирмы ABB SUNROD, изображенный на рис. 3.12, имеет производительность 4500 кг/ч пара при давлении подрыва предохранительных клапанов 11 Бар. Рабочее давление - 6-10 Бар. При полной нагрузке КПД котла составляет 82%, расход топлива - 343 кг/ч. Котел состоит из цилиндрической емкости, находящейся в работающем котле под давлением, топочной части, соединений, коллектора выхлопных газов и изоляции. Внутри цилиндрической емкости находится полностью во-доохлаждаемая топка и парообразующая часть. Топка состоит из цилиндрической топочной обечайки между двумя сферическими крышками. Ниже топки расположена нижняя крышка котла с радиальными опорами и выходом для дренажа топки. Между верхом топки и верхней крышкой котла находится обойма из 10 газоходных труб, внутри которых установлены элементы "Санрод" (см. рис. 3.13) так, что их вход подключен на уровне стенки топки, а выход - к стенке дымогарной трубы. Рис. 3.12. Конструкция вспомогательного котла "Санрод" типа CPDB-45: 1 - топка, 2 - парообразующие элементы "Санрод", 3 - газоходные трубы, 4 - паровое пространство, 5 - газоход, 6 - корпус, 7 - термоизоляция, 8 - амбразура топки. В нижней части трубы шипы срезаны под конус, что ограничивает величину температуры шипов, находящихся сразу за топкой. Этим предотвращается отложение на поверхности шипов ванадия и протекание высокотемпературной коррозии. Незнание конструктивных особенностей котлов, приводящих к их неисправностям и созданию аварийных ситуаций, а также недостаточно четкое соблюдение правил эксплуатации способствует значительному возрастанию опасности при их использовании. На основании результатов расследования, проведенного после взрыва котла, было установлено, что его основной причиной является интенсивное образование трещин в металле околошовной зоны корпуса, вызванное недостатками конструкции котла в сочетании с условиями его работы. К основным недостаткам котла можно отнести следующие: повышенная жесткость конструкции, навешенный на корпус котельный вентилятор, неравномерность отвода тепла от корпуса [119-123, 138]. С целью выяснения причин образования трещин была поставлена задача, выявить факторы, способствующие снижению прочностных характеристик металла корпуса котла. Одной из главных величин, характеризующих прочностное состояние металлических конструкций, работающих под действием высоких температур и давлений, являются механические напряжения, возникающие в материале детали под влиянием внешних нагрузок. Поэтому экспериментальное исследование напряженного состояния является одним из важнейших средств оценки прочностного состояния таких конструктивно сложных механизмов, как судовые котлы. Описание измерительного комплекса для оценки величины механических напряжений, действующих в металле корпуса котла Величина напряжения вычислялась с учетом упругих постоянных металла по данным, полученным при измерении деформаций по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Для случаев определения предельной на грузки, соответствующей появлению пластических деформаций или разрушению детали, достаточно тех данных, которые получаются при измерении деформации на поверхности детали. Измерение деформации осуществлялось при помощи тензорезисторов, наклеиваемых на металл корпуса котла. Так как состояние участков корпуса относится к плосконапряженному,
Анализ опасностей и риска эксплуатации насосных агрегатов грузовых систем
В соответствии со сведениями об известных авариях в грузовых насосных отделениях, условиях их возникновения и сценариев развития, а также статистикой отказов и пожаров на оборудовании, можно выделить два основных типа оборудования, на которых возможны крупные аварии и пожары со значительными последствиями: помещения насосных агрегатов (основная опасность - пожар, взрыв топливовоздушной смеси в помещении); технологические трубопроводы (пожар, загрязнение окружающей среды).
Возможными причинами аварий насосных агрегатов являются: разрушение корпуса насоса вследствие механического износа, коррозии, поломки деталей; разрыв подводящих и отводящих трубопроводов; гидравлический удар со стороны трубопроводов; другие внешние воздействия.
Причины аварий, связанных с разгерметизацией технологических трубопроводов рассмотрены в подразделе 4.3. Особенностью разлива нефти в помещении насосного отделения является повышенная возможность образования взрывоопасной концентрации паров нефти в воздухе. При неприятии своевременных противопожарных мер возможны вспышка и взрыв паров нефти при наличии источника воспламенения. Источником воспламенения в насосных отделениях могут быть электрическая искра от электрооборудования, искры от удара и трения разрушающихся деталей, нагретые поверхности оборудования. При аварии с разливом нефти на насосных агрегатах возможны следующие сценарии:
Сценарий С1. Разрушение (частичное или полное) насосного агрегата или подводящего/отводящего трубопровода - истечение нефти -» образование пролива нефти - испарение нефти - образование взрывоопасной концентрации паров нефти в воздухе - воспламенение паров нефти - взрыв топливовоздушной смеси - разрушение оборудования и насосного отделения -» воспламенение разливающейся нефти, находящейся в разрушенном оборудовании - воздействие пожара на соседнее оборудование.
Сценарий С2. Разрушение насосного агрегата или подводящего / отводящего трубопровода -» истечение нефти -» образование пролива нефти -» испарение нефти - воспламенение нефти - воздействие пожара на соседние объекты - образование при горении нефти токсичного угарного газа.
При разрушении насоса объем разлива может достигать нескольких тонн за счет нефти, содержащейся в насосном агрегате ( 0,5 тонны), и дополнительного притока перекачиваемой нефти (до 100 тонн в зависимости от условий и времени перекрытия потока нефти). Однако, учитывая малую вероятность больших разливов нефти в насосном отделении, а также то, что объемы утечек на насосном оборудовании не сравнимы с объемами выбросов при заполнении грузовых танков и разрушении расположенных на палубе технологических трубопроводов, данные сценарии не рассматривались.
Причины возникновения и условия развития аварий На основании данных статистических исследований в табл. 4.2. приведено распределение причин возникновения аварий на технологических трубопроводах для перекачки нефтепродуктов. Основными факторами, приводящими к разрушению труб являются следующие: колебания внутреннего давления; заводские и строительно-монтажные дефекты трубопроводов.
Анализ последствий отказов трубопроводов грузовых систем танкеров позволяет классифицировать их по месту и форме проявления. В этой связи можно выделить четыре вида отказов линейной части трубопроводов по характеру их проявления: разрыв; трещина; свищ; пробой стенки. Эти четыре вида проявления отказов наблюдаются в различных конструктивных узлах трубопровода - в теле трубы; в продольном и поперечном швах; в тройнике (в теле или по шву); в переходнике, перемычке, клапане, фланце, прокладке и манометрических трубах. Как показывают статистические данные из перечисленных мест проявления отказов по частоте распределяются следующим образом: в теле трубы - 80%; в сварных швах - 16%, другие - 4%.
На основании анализа режимов истечения можно выделить три характерные группы утечек нефти при проведении грузовых операций: локальные коррозионные дефекты с интенсивностью истечения не более 2-3 кг/с (15-20 м /час); усталостные трещины с интенсивностью истечения 100-300 кг/с; "гильотинные" разрывы (на полное сечение) с интенсивностью истечения более 300 кг/с (1000 м3/час).
На рис. 4.2 представлено дерево отказов - логическая схема причинно-следственных закономерностей возникновения аварии, показывающая последовательность и сочетание различных отказов, возникновение которых приводит к разгерметизации трубопроводов и аварии с разливом нефти. Логический знак "ИЛИ" означает, что вышестоящее на дереве отказов (более позднее по времени) событие возникает в результате появления хотя бы одного из нижестоящих события, знак "И" означает, что вышестоящее событие возникает в случае одновременного наступления нижестоящих событий. На рис. 4.3 показан алгоритм оценки объемов истечения и потерь нефти при авариях. Исходя из него, при аварийном истечении могут быть получены 16 значений массы разлива нефти Vyjk =Vh(j) +VoU,k) реализуемых с
