Введение

Газовая промышленность является одной из ключевых отраслей экономики, обеспечивающей производство, транспортировку и переработку энергоносителей. Магистральные газопроводы, как объекты повышенной опасности, требуют особого внимания к вопросам промышленной безопасности. Аварии на них могут приводить к значительному материальному ущербу, экологическим последствиям и угрозе жизни персонала и населения.

Цель исследования

Целью исследования является моделирование аварийных ситуаций на линейной части магистральных газопроводов и разработка мер по управлению рисками их возникновения.

Материал и методы исследования

Исследование основано на анализе статистических данных ПАО «Газпром» за 2017–2022 годы, методах оценки риска и сценарного моделирования, включая использование метода «дерево событий». Проведен анализ причин аварий, их частоты, географического распределения и последствий.

1. Статистические данные по аварийным ситуациям на газопроводах

Статистические данные о чрезвычайных ситуациях, связанных с газопроводами, могут дать ценную информацию о частоте, причинах и последствиях таких происшествий. Вот несколько примеров статистических данных по аварийным ситуациям на газопроводах:

Количество происшествий на газопроводе: эта статистика представляет собой общее количество зарегистрированных аварийных происшествий на газопроводах за определенный период времени. Он дает представление о частоте инцидентов и помогает понять общие показатели безопасности трубопроводной сети.

Причины происшествий на трубопроводе: Данные о причинах происшествий на трубопроводе могут помочь определить основные факторы, способствующие возникновению аварийных ситуаций. Распространенные причины включают отказ оборудования, стихийные бедствия, несчастные случаи на стройке, ущерб, причиненный третьими лицами, и эксплуатационные ошибки. Эта информация может помочь в разработке превентивных мер и улучшении протоколов безопасности.

Серьезность происшествий в трубопроводе: этот показатель оценивает серьезность аварийных ситуаций путем классификации происшествий в зависимости от их воздействия. Тяжесть может быть измерена такими факторами, как объем выпущенного газа, материальный ущерб, травмы или смертельные случаи. Анализ серьезности инцидентов может помочь в оценке рисков и планировании реагирования на чрезвычайные ситуации.

Время реагирования на инциденты на трубопроводе: эти данные отслеживают время, которое требуется аварийно-спасательным службам, чтобы добраться до места происшествия на трубопроводе. Своевременное реагирование имеет решающее значение для минимизации потенциального воздействия чрезвычайной ситуации. Анализ времени реагирования может определить области для улучшения и обеспечить эффективное управление чрезвычайными ситуациями.

Географическое распределение происшествий на трубопроводе: Эта статистическая информация показывает географическое распределение происшествий на трубопроводе, выделяя области с более высокой частотой аварийных ситуаций. Выявление областей, подверженных инцидентам, может дать информацию о целевых проверках, техническом обслуживании и мерах безопасности.

Анализ тенденций: изучая данные за несколько лет, можно определить тенденции, такие как увеличение или уменьшение количества инцидентов или изменение типов причин. Анализ тенденций помогает оценить эффективность инициатив по обеспечению безопасности и направляет разработку долгосрочных стратегий.

Важно отметить, что конкретные статистические данные об авариях на газопроводах могут различаться в зависимости от страны, региона и трубопроводной сети. Для получения точной и актуальной информации рекомендуется обращаться к официальным отчетам и публикациям соответствующих регулирующих органов, отраслевых ассоциаций или операторов трубопроводов в конкретной юрисдикции.

К настоящему времени накоплен достаточно большой статистический материал по авариям на трубопроводах, проложенных в различных регионах, как в России, так и в других странах.

Итоги работы газотранспортных обществ по эксплуатации линейной части магистральных трубопроводов ПАО «Газпром» за 2017 год показывают, что тенденция аварийных ситуаций снижается каждый год благодаря принимаемым мерам по обеспечению безопасности в области охраны труда и пожарной безопасности

Рисунок 1 – Статистика происшествий на объектах ПАО «Газпром» до 2017 года

Анализируя аварии на магистральных газопроводах в целом, можно выделить такие основные причины:

1) Бракованные изделия в процессе строительно-монтажных работ (22-32%)

2) Физическое повреждения труб при земляных работах (17-19%)

3) Износ материалов из-за чрезмерно долгого эксплуатационного срока (15%)

4) Коррозия 12%

5) Нарушение требований эксплуатации и ошибки персонала 5%

6) Дефекты труб, полученные в процессе из изготовления 9-12%

7) Природные и стихийные явления 7-10%

Рисунок 2 – Основные причины аварий на магистральном газопроводе

Рисунок 3- Статистика количества аварий и инцидентов на объектах ПАО «Газпром»

Рисунок 4 – Общее количество пострадавших работников ПАО «Газпром»

Рисунок 5 – Общее количество пожаров на территории объектов ПАО «Газпром»

Анализируя причины несчастных случаев за 2017 год, произошедших на магистральных газопроводах в целом, можно выделить такие основные причины:

1) Непринятие мер личной безопасности (18 случаев)
2) Нарушение правил дорожного движения (22 случая)
3) Неудовлетворительная организация производства работ (12 случаев)

4) Нарушение требований техники безопасности при эксплуатации транспортных средств (3 случая)

Рисунок 6 – Основные причины несчастных случаев за 2017 год.

Большая часть несчастных случаев в разрез представлениям, происходят не на объектах повышенной опасности, а непосредственно при эксплуатации транспортных средств с нарушением техники безопасности и правил дорожного движения.

Рисунок 7 – Статистика данных основных причин несчастных случаев

Рисунок 8 – Примеры дефектов оборудования и коррозионных процессов и их последствий.

Рисунок 9 – Примеры аварий и несчастных случаев на автотранспорте.

2. Анализ основных факторов и причин возникновения аварий на газопроводах

Несмотря на меры безопасности, принятые на объектах магистрального трубопровода, нельзя исключать возможность несчастных случаев. К причинам и факторам, способствующим возникновению аварий на газопроводах, могут быть отнесены:

- Наличие опасного вещества, такого как большое количество природного газа.

- Износ металла, вызванный коррозией под напряжением.

- Скрытая коррозия и эрозия внутри газовых труб.

- Коррозия, происходящая под землей или из-за атмосферных условий.

- Механические повреждения в результате неисправности оборудования, буровых работ, взрывов, актов вандализма и терроризма.

- Дефекты оборудования, материалов и процесса изготовления труб при изготовлении, транспортировке и строительстве.

- Многократное воздействие на металл, приводящее к усталости и возможному выходу из строя.

- Природные явления, такие как подвижки грунта, вызванные землетрясениями, эрозией, оползнями и другими природными процессами.

- Для надземных газопроводов возможно проседания грунта, если сваи недостаточно глубоко вбиты в почву, что приводит к напряжениям изгиба, которые могут привести к разрушению стенки трубопровода.

Анализ статистических данных и расследование причин аварий на трубопроводах показывают, что их можно разделить на следующие группы:

- Отказы трубопроводов, включая фитинги и потери давления.

- Недостаточный надзор и контроль за оборудованием, арматурой и трубопроводами.

- Отклонение от технологического регламента.

- Отказы в системах автоматики и энергоснабжения.

- Внешние воздействия, вызванные природными явлениями или деятельностью человека.

3. Мероприятия по снижению риска возникновения аварий на газопроводах

Безопасность, эффективность и надежность эксплуатации системы межпромысловых трубопроводов обеспечивается следующими решениями:

- ведением технологического процесса в соответствии с требованиями технологического регламента;

- периодическим патрулированием, осмотрами и комплексными диагностическими обследованиями с использованием технических средств;

- поддержанием трубопроводов и арматуры в исправном состоянии за счет своевременного выполнения необходимых ремонтно-профилактических работ;

- соблюдением требований к охранной зоне;

- соблюдением условий обеспечения пожаровзрывобезопасности (герметичность трубопроводов и арматуры) и противопожарной защиты;

- допуском к работе только лиц, имеющих специальную подготовку и определенную требованиями норм и правил квалификацию;

- производством работ только на исправном оборудовании с исправными контрольно-измерительными приборами;

- своевременной модернизацией морально устаревшего или изношенного оборудования;

регламентированными, соответствующими инструкциями, действиями

персонала при нормальной работе, пусках, остановках трубопровода и аварийных ситуациях;

- не допускается эксплуатация оборудования без надежного заземления от статического электричества, молние-защиты;

- уведомлением руководителей организаций и населения близлежащих населенных пунктов о местонахождении трубопровода и мерах безопасности.

Технические решения по обеспечению безопасности включают инженерные и организационные решения следующих групп:

- решения, сконцентрированные на исключение разгерметизации трубопровода и арматуры;

- решения, сконцентрированные на предупреждение аварий и локализацию выбросов опасных веществ;

- решения, сконцентрированные на обеспечение взрывопожаробезопасности;

- системы автоматического регулирования, блокировок и сигнализаций.

При эксплуатации газопровода необходимо соблюдать нормы технологического режима на всех стадиях эксплуатации.

В целях предупреждения аварийных выбросов опасных веществ и обеспечения максимальных условий безопасности обслуживающего персонала в процессе эксплуатации исследуемого объекта выполняются следующие основные мероприятия:

- технологические процессы добычи, подготовки к транспорту и транспорта газа и конденсата полностью герметизированы;

- технологические процессы максимально автоматизированы;

- технологическое оборудование оснащено предохранительными клапанами на случай превышения давления сверх предусмотренного рабочим режимом; ежегодная тарировка предохранительных клапанов;

- молниезащита и защита от статического электричества технологического оборудования и трубопроводов;

- контроль и управление технологическими процессами из операторной с помощью средств автоматики;

- технологические установки оснащены системой автоматического контроля и защиты, срабатывающей при отклонении от заданных параметров технологических процессов;

- оборудование, арматура и трубы выбраны из условия максимально возможного рабочего давления в них;

- применение бесшовных труб из хладостойких сталей;

- применение арматуры с затвором класса герметичности «А» и «В» ГОСТ 954493;

- установлены компенсаторы и другие технические средства, предотвращающие деформацию трубопроводов;

- производится регулярный контроль сварных соединений стальных трубопроводов физическими методами;

- производится периодическая проверка плотности крепления фланцевых и других видов соединений мыльным раствором, герметизация полости возможных мест утечек;

- производится регулярный контроль исправности действия свечей;

- освобождение аппаратов и трубопроводов от жидких продуктов в дренажные емкости перед их остановкой на ремонт.

4. Оценка риска аварии

Следуя из возможных причин возникновения и развития аварийных ситуаций с учетом отказов и неполадок оборудования, возможных не правильных действий персонала и внешнего воздействия природного и техногенного характера, сделаем вывод, что аварии на исследуемом участке будут развиваться по общей схеме.

Практика показала, что небольшие выбросы являются наиболее вероятными, т.к. полное разрушение трубопроводов мало вероятно, чем образование локальных утечек. Однако незначительные утечки в случае неконтролируемого развития аварийной ситуации могут привести к разрушению устройств, которые содержат значительно больший объем опасных веществ. Последствия первоначального выброса совпадают с последствиями выброса большого объема опасных веществ.

Поэтому необходимо оценить и рассмотреть сценарии аварий, при которых оборудование разрушается с последующим максимальным выбросом опасного вещества.

Под сценарием возможных аварий подразумевается последовательность логически связанных отдельных событий (истечение, распространение, пожар, взрыв и т. Д.), Вызванных конкретным начальным событием (например, нарушением непроницаемости оборудования).

При определении и анализе типичных аварийных сценариев и разработке аварийных ситуаций использован метод анализа – «Дерево отказов и событий».

На основе блок-схемы (рисунок), формирующей различные виды сценариев развития аварий, были выделены основные сценарии с выделением ключевых событий, приводящих к нанесению значительного материального ущерба и/или гибели людей.

По характеру последовательности и сочетания различных событий, возникающих в результате выброса газа/разлива конденсата, для исследуемого объекта определены следующие группы сценариев:

Ф – горение 2-х независимых высокоскоростных струй газа, истекающего из концов разрушенного газопровода (факельное горение);

РВ – взрыв первичного облака ГВС (природный газ) в открытом пространстве на месте разгерметизации;

Л – ликвидация аварии без опасных последствий.

Группа сценариев СГП-Ф: аварии с образованием факельного горения

Разрыв линейной части газопровода на полное сечение на участке грунта с «низкой» несущей способностью → разброс осколков, образование ударной волны за счет энергии расширяющегося газа → истечение газа в виде двух свободных струй → наличие источника воспламенения → сгорание части шлейфа газа в дефлаграционном режиме с образованием ударной волны (раннее зажигание) → горение 2-х независимых высокоскоростных струй газа, истекающего из концов разрушенного газопровода → прямое огневое воздействие на окружающую среду → термическое воздействие на окружающую среду.

Группа сценариев СГП-РВ: аварии с взрывом первичного облака ГВС

Разрыв линейной части газопровода на полное сечение → разлет осколков, образование ударной волны за счет энергии расширяющегося газа → истечение струй газа → образование локальной зоны загазованности (облака ГВС) → попадание источника зажигания → воспламенение облака + его дефлаграционное сгорание с образованием воздушной ударной волны → попадание флоры, фауны в зону поражения.

Группа сценариев СГП-Л: аварии без возникновения поражающих факторов Разгерметизация газопровода, поступление в окружающую среду опасного вещества (природного газа), образование облака ГВС, отсутствие источника зажигания, рассеяние взрывоопасного парогазового облака, загрязнение окружающей природной среды, ликвидация аварии.

Наиболее вероятные сценарии развития аварий в исследуемой области включают аварийные остановки процесса из-за отказов (разрушения) или декомпрессии клапанов, компонентов системы автоматизации, в дополнение к авариям, связанным с работой одной или нескольких систем. защиты. стандарт из-за отказа электричества, несчастных случаев по групповым сценариям С-Л, и наиболее опасной аварии - аварии в соответствии со сценариями группы С-РВ.

Последствия аварии на линейной части трубопроводов зависят от размеров аварийного отверстия. Для оценки риска аварий выбирается сценарий, связанный с выбросом газа вследствие нарушения целостности трубопровода по типу гильотинный разрыв (характерный размер отверстия – отношение длины щели к условному диаметру трубопровода – 1,5D)

Последствия выброса опасного вещества при возникновении аварийной ситуации будут различны в зависимости от характера повреждения трубопровода (свищ, трещина, разрыв), от времени года (лето, зима), от условий местности (переход трассы трубопровода по суходолу, по болоту, через водную преграду). Для оценки максимального риска будем рассматривать возникновение аварийной ситуации в летний период, когда температура воздуха максимальна и возникновение поражающих факторов наиболее вероятно.

Поражающие факторы при развитии аварии в зимнее время не рассчитываются, т.к. нет свободного растекания конденсата, будет образовываться нефтезагрязненный снег, лед. Поражающие факторы при развитии аварии на линейной части трубопровода в летнее время – интенсивность теплового излучения пожара разлива конденсата, факельного горения при возгорании природного газа; избыточное давление взрыва природного газа или паров конденсата.

Перечень возможных сценариев аварий, принятых к рассмотрению, приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Перечень сценариев возможных аварий

Для рассматриваемых сценариев развития аварии исследуемого объекта проведена оценка опасных веществ, участвующих в аварии.

Для оценки аварийного выброса опасных веществ наиболее важным является время с начала обнаружения утечки. Полное разрушение газопровода с точки зрения оперативного обнаружения и количества опасных веществ, участвующих в выбросе, менее опасно, чем появление свища в плохо контролируемом месте.

Аварийный выброс опасного вещества при частичной разгерметизации трубопровода начинается с небольшого отверстия и, если вы не предпримете мер по ее устранению, со временем увеличивается. Максимальное время внешнего обнаружения в некоторых случаях может составлять до 12 часов (50% контрольного периода). Заметное снижение давления в оборудовании используется в качестве сигнала аварийной остановки.

Оценка количества опасных веществ, участвующих в аварийном выбросе проводится для наиболее опасного типа повреждения – разгерметизация трубопровода с условным диаметром отверстия равным проходному сечению (гильотинный порыв).

При оценке количества опасных веществ, участвующих в аварии, в качестве исходных данных принимаем:

- количество опасного вещества, вышедшее из аварийного оборудования, согласно максимальной производительности объекта, с учетом времени отключения запорной арматуры (время закрытия электрозадвижки 120 секунд, с ручным приводом – 300 секунд (СП 12.13130.2009));

- площадь пролива на линейной части конденсатопровода принимаем согласно Приложению Ж к Методическому руководству по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах и нефтепродуктопроводах (РД-13.020.00-

КТН-148-11);

- для упрощения расчетов принято допущение, что первичное облако ТВС (при раннем взрыве) состоит из метана (16 кг/кмоль), вторичное облако – из пропана, т.к. молярные массы паров нефти (48 кг/кмоль) и пропана (44 кг/кмоль) близки по значениям;

- горение конденсата происходит по всей площади разлива.

- коэффициент участия горючих газов и паров для горения на открытых площадках равен 0,1 от количества опасного вещества, попадающего в окружающее пространство, в соответствии с федеральными правилами и нормами общественной безопасности "Общие правила взрывозащиты для «Химическая, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленности, взрывоопасные и опасные для пожара», «Методика определения расчетных значений пожарного риска на производственных предприятиях»;

- весь объем газа, отводимого из аварийного участка газопровода, участвует в формировании вредных факторов при авариях с пожарами при выбросе газа;

- в формировании зон действия первой ударной волны на газопроводе участвует масса сжатого газа, заключенная по длине разрушенного участка;

- масса газа, участвующего в образовании ударной волны при сгорании горячей воды, была принята равной массе газа, приложенного при рабочем давлении в разрушенном участке, плюс массу газа, выходящего с концов Разрушенный газопровод во время задержки зажигания (принимается 0,4 секунды). Исходные данные, оказывающие наибольшее влияние на рассчитываемые показатели риска:

количество опасного вещества, участвующего в реализации сценария.

Результаты исследования.

Выявлены основные причины аварий: дефекты при строительстве (22–32%), механические повреждения (17–19%), износ оборудования (15%), коррозия (12%), ошибки персонала (5%), дефекты производства труб (9–12%), природные явления (7–10%). Смоделированы три группы сценариев аварий: 1) факельное горение; 2) взрыв газовоздушной смеси; 3) аварии без поражающих факторов. Для каждого сценария предложены меры минимизации последствий.

Выводы

Разработанный подход к оценке и моделированию рисков аварий на магистральных газопроводах позволяет прогнозировать наиболее опасные сценарии и разрабатывать комплекс мер по их предотвращению. Внедрение предложенных рекомендаций способствует повышению надежности трубопроводной системы и снижению вероятности возникновения аварийных ситуаций.