автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему: Анализ и оценка риска аварий резервуаров и газопроводов при низких температурах
Автореферат диссертации по теме "Анализ и оценка риска аварий резервуаров и газопроводов при низких температурах"
На правах рукописи
Захарова Марина Ивановна
АНАЛИЗ И ОЦЕНКА РИСКА АВАРИЙ РЕЗЕРВУАРОВ И ГАЗОПРОВОДОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Специальность 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль)
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова Сибирского отделения Российской академии наук (ФГБУН ИФТПС СО РАН)
Научный руководитель доктор технических наук
Большаков Александр Михайлович
Официальные оппоненты: Ларионов Валерий Иванович
доктор технических наук, профессор, ООО «Центр исследований экстремальных ситуаций» / первый заместитель генерального директора по научной работе;
Солодовников Александр Владимирович
кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» / кафедра «Промышленная безопасность и охрана труда», доцент
Ведущая организация ФГБУН Специальное конструкторско -
технологическое бюро «Наука» Красноярского научного центра СО РАН, г. Красноярск.
Защита состоится 18 сентября 2015 года в 16-00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при ФГБОУ ВПО "Уфимский государственный нефтяной технический университет" по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО "Уфимский государственный нефтяной технический университет" и на сайте www.rusoil.net.
Автореферат разослан «/3» ё-г^стл. 2015 года.
Ученый секретарь диссертационного совета
Риф Гарифович Ризванов
Актуальность темы работы. Повышение безопасности объектов нефтегазового комплекса является актуальной научной задачей. Резервуары и газопроводы относятся к опасным объектам нефтегазового комплекса. Аварии на резервуарах и газопроводах могут привести к катастрофическим последствиям.
Определенный интерес представляет анализ риска аварий вертикальных резервуаров с нефтепродуктами и магистральных газопроводов для транспортировки газа, эксплуатирующихся в экстремальных природно-климатических условиях Севера.
В условиях Севера, определяющими внешними факторами являются низкие температуры атмосферного воздуха и аномальные неблагоприятные метеорологические условия, характеризующиеся глубокими
продолжительными инверсиями в сочетании со штилем. Эти внешние параметры окружающей среды оказывают влияние как на частоту аварий, так и на дальность зоны действия поражающих факторов при аварии.
Отмеченные обстоятельства делают актуальными анализ и оценку риска аварий вертикальных резервуаров с нефтепродуктами и магистральных газопроводов для транспортировки газа в условиях Севера.
Целью работы является развитие теории анализа и оценки риска аварий вертикальных резервуаров с нефтепродуктами и магистральных газопроводов при низких температурах с учетом аномальных неблагоприятных метеорологических условий для повышения промышленной безопасности опасных производственных объектов, работающих в условиях Севера.
К аномальным метеорологическим условиям Севера относятся экстремально-низкие температуры атмосферного воздуха, мощные продолжительные температурные инверсии и их сочетания со штилем. На основе выявленных особенностей влияния аномальных метеорологических условий на параметры риска, разработан методический подход к анализу риска аварий резервуаров и газопроводов при неблагоприятных метеорологических условиях (низкие температуры, инверсия, штиль).
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
1. Сбор и анализ информации об авариях резервуаров с нефтепродуктами и магистральных газопроводов, произошедших при минусовых температурах окружающей среды.
2. Выявление основных причин аварий резервуаров с нефтепродуктами и магистральных газопроводов на основе анализа данных по авариям.
3. Разработка «дерева отказов» при хрупком разрушении резервуара, «деревьев событий» аварий резервуаров и газопроводов с определением условных вероятностей реализации сценариев.
4. Оценка исходных частот аварий магистральных газопроводов и резервуаров с нефтепродуктами, полученных на основе анализа данных об авариях при минусовых температурах окружающей среды.
5. Оценка последствий аварий резервуаров и газопроводов при аномальных условиях Севера (низкие температуры, инверсия, штиль):
- сравнительный анализ значений коэффициента пропускания атмосферы и интенсивностей теплового излучения в результате пожара на резервуарах и газопроводах при различных температурах окружающего воздуха;
- обоснование влияния опасных метеоусловий (сочетаний инверсии со штилем) на вероятность образования взрывоопасной газовоздушной смеси облака метана в открытой местности при аварии на газопроводе и опасных паров снаружи резервуара при технологических выбросах. Оценка вероятностей наступления опасных метеоусловий по результатам анализа метеорологических данных. Сравнительный анализ вероятностей появления опасных метеоусловий в зимнее и летнее время;
- обоснование влияния температурной инверсии на величину слабой ударной волны в условиях Севера, оценка безопасных расстояний.
6. Оценка индивидуального, материального, экологического риска аварий резервуаров и газопроводов с использованием разработанного методического подхода.
Научные положения, выносимые на защиту:
На защшу выносятся результаты теоретических и расчетных исследований, полученные на их основе рекомендации по анализу риска аварий вертикальных резервуаров с нефтепродуктами и магистральных газопроводов в условиях Севера:
1. Исходные частоты аварий резервуаров и газопроводов, предназначенные для количественной оценки риска при минусовых температурах окружающей среды.
2. «Деревья событий», разработанные на основе сбора, анализа и систематизации данных аварий резервуаров и газопроводов, произошедших при минусовых температурах, включая частоты реализации аварийных сценариев.
3. Обоснование увеличения значения интенсивности теплового излучения от пожара при снижении температуры окружающей среды.
4. Обоснование влияния опасных метеоусловий (сочетаний инверсии со штилем) на вероятность образования взрывоопасной газовоздушной смеси облака метана в открытой местности при аварии газопровода и опасных паров снаружи резервуара при технологических выбросах.
5. Обоснование влияния температурной инверсии на величину избыточного давления слабой ударной волны в условиях Севера.
6. Результаты оценки риска аварий резервуаров и газопроводов, полученные с использованием разработанного методического подхода.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработаны «дерево отказов» хрупкого разрушения резервуаров, «деревья событий» при взрыве резервуара и истечении газа из газопровода, с оценкой частот реализации аварийных сценариев при минусовых температурах окружающей среды; получены исходные частоты аварий резервуаров и газопроводов, предназначенные для количественной оценки риска.
2. Выявлено, что при снижении температуры окружающей среды увеличивается коэффициент пропускания атмосферы, следовательно, увеличивается и интенсивность теплового излучения. Показано, что при снижении температуры окружающей среды от +30 до -50 °С, безопасное расстояние для человека при пожаре разлития нефтепродукта увеличивается на 14 %.
3. Обоснована необходимость учета влияния температурной инверсии на величину избыточного давления слабой ударной волны в условиях Севера.
4. Установлено, что вероятность появления опасных метеоусловий (сочетании инверсии со штилем) в зимний период может увеличиваться более чем на порядок (в 13 раз) по сравнению с летним периодом, что увеличивает и вероятность образования взрывоопасной газовоздушной смеси облака метана в открытой местности или взрывоопасной смеси снаружи резервуара. Практическая ценность работы:
Основные результаты диссертационной работы используются ООО "Научно-технический центр анализа промышленного риска Севера" при анализе и количественной оценке риска аварий резервуаров и газопроводов в декларациях промышленной безопасности, в планах локализации и ликвидации аварий на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах, в планах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались статистические методы исследования: сбора и обработки данных - анализ и синтез, описание, обобщение, декомпозиции развития возможных аварийных ситуаций; теории вероятностей; сравнительного анализа.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: 2-й Международной конференции «Живучесть и конструкционное материаловедение» (Москва, 21-23 октября 2014); V Международной научно-практической конференции «Пожарная безопасность: проблемы и перспективы», (Воронеж, 18-19 сентября 2014 г.); VI Евразийском симпозиуме по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата, (Якутск, 24-29 июня 2013, г.); The NT2F13: New Trends in Fatigue and Fracture Conference (Moscow, Russia, 13-16 May 2013); Международной конференции «Живучесть и конструкционное материаловедение» (Москва, 2224 октября 2012 г.); Всероссийской научно - практической конференции
«Сварка и безопасность» (Якутск, 11-12 октября 2012 г.); IV Всероссийской конференции «Безопасность и живучесть технических систем» (Красноярск, 913 октября 2012 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ в научных журналах и различных сборниках, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка источников из 120 наименований. Содержит 140 страниц, 26 таблиц, 15 рисунков.
Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научные положения, выносимые на защиту, показана научная новизна работы и ее практическая ценность.
Первая глава посвящена методологии количественной оценки риска, ее основным понятиям и этапам выполнения количественной оценки риска, также обзорному анализу существующих российских нормативно-методических документов.
Принятие федеральных законов «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций», «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», «О техническом регулировании» способствовало появлению многочисленных нормативных и методических разработок по вопросам промышленной и экологической безопасности.
В руководящем документе РД 03-418-01 сформулированы основные методические принципы, термины и поняли анализа риска, определены общие требования к процедуре и оформлению результатов анализа риска, предложена трактовка количественных показателей риска - индивидуального, социального, коллективного, потенциального территориального риска и ожидаемого ущерба.
Для расчета поражающих факторов аварий с пожарами и взрывами важным нормативным документом Российской Федерации является стандарт ГОСТ Р
12.3.047-2012 ССБТ, использующий во многом зарубежные методы. Одним из наиболее совершенных подходов к оценке последствий аварийных взрывов топливовоздушных смесей является методика, изложенная в РД 03-409-01. Подробные описания последовательных этапов количественного анализа риска применительно к технологическим объектам транспорта газа изложены в методических указаниях СТО Газпром 2-2.3-351-2009. Значительный вклад в разработку нормативно-методической документации по промышленной безопасности и анализу риска аварий внесли специалисты ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность».
Теоретические и практические вопросы анализа риска потенциально опасных объектов изложены на русском языке в ряде переводных и отечественных изданиях. В нашей стране становление этого направления связано с именами В.А. Акимова, В.Т. Алымова, Р.Н. Бахтизина, М.Г. Баширова, П.Г. Белова, М.В. Бесчастнова, A.A. Быкова, О.М. Волкова, А.Н. Елохина, A.M. Козлитина, В.А Котляревского, И.Р. Кузеева, И.И. Кузьмина, В.И. Ларионова, В.А. Легасова, A.M. Лепихина, М.В. Лисанова, A.B. Лыглаева, H.A. Махутова, В.В. Меньшикова, В.В. Москвичева, A.C. Печеркина, В.А. Прохорова, Б.Е. Прусенко, А.М. Ревазова, B.C. Сафонова, В.И. Сидорова, М.Х. Хусниярова, A.A. Швыряева, В.В. Яковлева и др. крупных специалистов.
Проведенный обзор и анализ выполненных исследований показал, что методология анализа риска аварий резервуаров и газопроводов остается не до конца разработанной для условий Севера. Все это требует проведения дополнительных исследований по детальному и полному учету особенностей влияния низких температур и аномальных метеорологических условий на параметры риска.
Вторая глава посвящена анализу риска аварий резервуаров при низких температурах.
По результатам анализа аварий резервуаров, произошедших при низких температурах на территории Республики Саха (Якутия) с 1979 г. по 2014 г.,
выявлены основные причины хрупкого разрушения, разработано «дерево отказов» хрупкого разрушения резервуара, рисунок 1.
Основными причинами хрупкого разрушения резервуаров при низких температурах являются: использование кипящей стали ВСтЗкп, составляет 6,25 % от общего числа причин аварий; сквозные трещины - 31,25 %; неравномерная осадка основания резервуара - 18,75 %; охрупчивание материала резервуара из-за низких температур - 31,25 %; механические внешние воздействия — 6,25 %; старение металла — 6,25 %.