Методология применения анализа риска в целях обеспечения промышленной безопасности на объектах нефтегазового комплекса
| Вид материала | Автореферат |
- Единая система оценки соответствия в области промышленной, экологической безопасности,, 134.1kb.
- Стратегия развития нефтегазового комплекса в механизме обеспечения экономической безопасности, 319.48kb.
- Единая система оценки соответствия в области промышленной, экологической безопасности,, 154.89kb.
- Единая система оценки соответствия в области промышленной, экологической безопасности,, 161.21kb.
- Программа семинара 10 октября 2011 г включает в себя следующие темы, 33.69kb.
- План мероприятий по обеспечению безопасности людей на водных объектах Октябрьского, 48.63kb.
- Администрация города ишима, 487.91kb.
- Общие положения, 712.36kb.
- Календарный план (весенний семестр 2010/2011 учебного года) лекций старшего преподавателя, 64.7kb.
- Единая система оценки соответствия на объектах, подконтрольных ростехнадзору, 134.33kb.
Рис. 3. Алгоритм количественной оценки риска распределительного газопровода
В случае утечки газа из подземного участка газопровода происходит проникновение вещества через грунт над трубой с последующим воспламенением вдоль трассы – наблюдается колышущееся пламя. Кроме того, при аварии на подземном газопроводе на территории населенного пункта может произойти проникновение за счет фильтрации природного газа в помещения зданий, в результате чего возможно образование взрыво- и пожароопасной газовоздушной смеси, которая при наличии источника зажигания способна к взрыву, приводящему к разрушению зданий и травмированию людей.
Разработан алгоритм количественной оценки риска газорегуляторных пунктов и установок, основные этапы которого соответствуют этапам анализа риска газораспределительных газопроводов, однако учитываются технология и особенности развития аварий на ГРП и ГРУ.
В общем случае, аварийный процесс на газорегуляторных пунктах может сопровождаться утечкой и мгновенным воспламенением в помещении ГРП при наличии источника зажигания, в случае образования взрыво- и пожароопасной смеси в результате утечки газа и в присутствии источника воспламенения в газорегуляторном пункте происходит взрыв, сопровождающийся разрушением сооружений и технологического оборудования. Наиболее часто наблюдается загазованность ГРП без возгорания. Отдельно отмечены случаи, когда авария на ГРП приводит к опасным ситуациям на источниках потребления. Так, при нарушении технологического процесса ГРП происходит пропуск повышенного давления в подводящий газ непосредственно к потребителям газопровод низкого давления и разгерметизация газового оборудования на источниках потребления, в том числе в жилых домах или котельных. Здесь авария протекает аналогично, как и в помещении ГРП. В процессе анализа «деревьев происшествий» из созданной базы данных по авариям и несчастным случаям построены типовые «деревья отказов» для головных событий «Утечка на источниках потребления из-за повышения давления в газопроводе низкого давления», «Утечка газа в помещении газорегуляторного пункта», которые вместе с представленными обобщенными данными по вероятностям исходных событий позволяют рассчитать риск нежелательных событий.
В пятой главе рассмотрены вопросы использования категорирования опасных производств и объектов как элемента управления промышленной безопасностью, обоснованность категорирования (классификации) опасностей в нормативных документах с точки зрения количественных показателей риска, предложены критерии категорирования опасностей и рекомендации по их применению. Категорирование позволяет разрешить коллизию между вероятностным и детерминированным подходом к обеспечению промышленной безопасности. Характерным при категорировании является выбор в качестве критерия, как правило, одного из показателей опасности (последствия или частота возможных аварий), при этом вырабатываются конкретные требования, существенно влияющие на другой показатель опасности с тем, чтобы их сочетание обеспечивало поддержание опасности на приемлемом уровне, который не обсуждается и численно не определяется, а оценивается разработчиками нормативного документа на основании опыта.
Проведение анализа риска характерных опасных объектов, выявление для них основных опасностей и их приемлемого уровня, выявление основных факторов, влияющих на безопасность и регламентация требований к ним в зависимости от уровня основных опасностей позволяет эффективно использовать в нормативных документах принципы анализа риска, относя результаты такого анализа не к отдельным объектам, а к их группам (категориям) в соответствии с выбранными критериями и выявленными закономерностями протекания аварийных процессов.
Проведен анализ существующих систем категорирования опасных производственных объектов с позиций анализа риска. Основным критерием категорирования взрывоопасных помещений и пространств является возможность образования взрывоопасной смеси при нормальных режимах работы, или только в результате аварий и неисправностей. Классом взрывоопасной зоны определяется выбор электроустановок, которые можно использовать в этих зонах. В работе показано, что как в России, так и за рубежом, определение взрывоопасных зон на объектах нефтегазодобывающей промышленности носит вероятностный характер, принципы построения классификаций зон идентичны. Последовательное применение анализа риска позволяет представить в нормативных документах взрывоопасную область вокруг объекта совокупностью нескольких зон различных классов (рис. 4).
Рис. 4. Буровая установка с укрытием от ветра и помещением с машинным отделением.
Кроме того, учет вентиляции как фактора, оказывающего существенное влияние на вероятность образования взрывоопасной смеси, позволяет понизить класс взрывоопасной зоны при неизменном уровне приемлемого риска. Результаты анализа использованы для обоснования классов взрывоопасных зон в «Правилах безопасности в нефтяной и газовой промышленности» (утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 09.04.99 № 24).
Для управления промышленной деятельностью целесообразно проводить мониторинг опасности (оценку угроз) и их ранжирование (категорирование) с целью принятия необходимых решений и действий, формирования обоснованных управленческих импульсов по предупреждению аварии и поддержанию безопасности на объекте. Предложен подход к категорированию опасностей объекта путем его представления как эрготехнической системы, состоящей из человека-оператора (или группы операторов) и машины (машин), учитывающий вероятность реализации нежелательных событий в зависимости от реального технического состояния элементов системы, внешних воздействий, ошибок персонала. Изменение показателей элементов системы в пространстве функций характеризуется как событие, изменяющее состояние системы. Вся совокупность возможных состояний системы образует множество состояний эрготехнической системы (рис. 5).
С позиций анализа риска различные состояния системы характеризуются различными уровнями риска нежелательных событий. Всю совокупность состояний системы можно разделить на работоспособные и неработоспособные. В работоспособном состоянии все элементы (приборы, технические устройства и другие) системы исправно функционируют или некоторые из них находятся в отказе, а также присутствуют внешние нерасчетные воздействия (например, источник зажигания), но система не переходит в неработоспособное состояние (авария). Ввиду того, что уровень риска в зависимости от состояния элементов системы существенно отличается, то целесообразно область работоспособных состояний разделить на множество состояний промышленной безопасности и множество опасных состояний.
МНОЖЕСТВОСТВО СОСТОЯНИЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ОТКАЗ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, ПРИБОРОВ, НАЛИЧИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ, ОШИБКИ ПЕРСОНАЛА
ОБЛАСТЬ
БЕЗОПАСНЫХ
СОСТОЯНИЙ
ОТКАЗ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, ПРИБОРОВ, НАЛИЧИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ, ОШИБКИ ПЕРСОНАЛА
ОБЛАСТЬ
КОНТРОЛИРУЕМОГО
РИСКА
ПРОСТРАНСТВО ОПАСНЫХ СОСТОЯНИЙ
ОТКАЗ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, ПРИБОРОВ, НАЛИЧИЕ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ, ОШИБКИ ПЕРСОНАЛА
АВАРИЯ
Рис. 5. Структура множества состояний, характеризующая опасность эрготехнической системы
Кроме того, множество состояний промышленной безопасности можно разделить на область безопасных состояний и область контролируемого (повышенного) риска. Своевременные управленческие решения в случае опасного состояния способны возвратить систему в состояние промышленной безопасности, в котором риск аварии на объекте не превышает допустимый уровень. Иначе система или останется в области опасных состояний или перейдет в область неработоспособных состояний – аварийное состояние. Контролируя работу элементов системы, можно осуществлять мониторинг состояния системы. При этом в качестве признаков, определяющих переход системы в другое состояние, могут рассматриваться комбинации отказов оборудования, технических устройств, приборов, наличия внешних и других нерасчетных воздействий, ошибок персонала.
Применение предложенного метода мониторинга опасности требует определения параметров граничных состояний, т. е. уровней приемлемого риска. И если для мониторинга опасности контролируемым параметром является чаще всего технический риск, то в целом для определения целей систем управления важно определить допустимый индивидуальный, коллективный и социальный риски.
Анализ принятых критериев приемлемого риска, сравнение с существующими уровнями риска, которые общество, так или иначе, допускает, учет разницы в восприятии добровольных и вынужденных опасностей, позволили предложить наглядную логарифмическую шкалу для выбора индивидуального риска, представленную на рис. 6. Исходя из проведенного анализа рекомендованы следующие диапазоны для выбора допустимого риска в России:
- уровень приемлемого индивидуального риска в диапазоне 5·10-6 - 5·10-5 в год, что соответствует 1 10%-ному изменению минимального риска смерти на протяжении всей жизни. При этом вынужденный приемлемый риск (риск, которому подвергаются третьи лица) следует выбирать из меньших значений в этом диапазоне, а добровольный риск может быть приемлемым для больших значений из указанного диапазона.
- интервал индивидуального риска 5·10-5 - 2,5·10-4 следует рекомендовать для выбора уровня контролируемого риска. Наибольшее значение этого интервала близко к риску гибели в дорожно-транспортных происшествиях – по-видимому, максимальному уровню риска, которому согласится подвергать себя большинство индивидуумов, осознавая опасность с одной стороны и выгоды использования транспорта с другой. При этом рассуждения, касающиеся добровольности восприятия риска, справедливы и для условий выбора контролируемого риска. Границы диапазонов риска различаются приблизительно на порядок. Вообще говоря, этот критерий – изменение вероятности нежелательного события на порядок - можно рекомендовать и для других показателей опасности.
Рис. 6. Логарифмическая шкала
для выбора допустимого индивидуального риска
 - Диапазон выбора приемлемого риска |  - Диапазон выбора контролируемого риска |
| F – риск, 1/год M – минимальный риск смерти на протяжении всей жизни 0,01M - 1% от минимального риска смерти на протяжении всей жизни, 0,1M – 10 % от минимального риска смерти на протяжении всей жизни, | Причины гибели: Т – теракты, П – пожары, Тр – производственный травматизм, ДТП – дорожно-транспортные происшествия, У – убийства, С – самоубийства НС – все несчастные случаи, Г – от всех причин смерти |
Легко показать, что коллективный риск G на объекте равен сумме индивидуальных рисков всех подвергающихся опасности. Речь идет о численном значении коллективного риска, выражаемого в количестве пораженных за единицу времени, тогда как индивидуальный риск численно выражает вероятность поражения отдельного индивидуума за это же время. Ясно, что говорить о приемлемом коллективном риске Ga можно только если количество подвергающихся опасности m исчисляется десятками или сотнями тысяч. Только в этом случае можно получить не лишенное смысла значение. Если для всех реципиентов риска приемлемый индивидуальный риск одинаков и равен Ia, то Ga = m*Ia. Отталкиваясь от критериев приемлемого индивидуального риска смертельного травмирования, можно прийти к допустимому индивидуальному риску травмирования с потерей трудоспособности, или получения легкой травмы, учитывая что в нефтегазовой промышленности на один случай смертельного травмирования приходится 50 случаев травмирования с потерей трудоспособности и 100 легких травм. Соответственно во столько же раз изменятся приемлемые коллективные риски получения травм различной тяжести.
Еще один показатель опасности, который может быть использован при определении целей и задач систем управления промышленной безопасностью – социальный риск или F/N кривая – зависимость частоты возникновения событий F, в которых пострадало на определенном уровне не менее N человек, от этого числа N.
Построить F/N кривую или F/N диаграмму по результатам уже реализовавшихся опасностей не составляет труда. Для этого необходимо иметь достаточно представительный массив информации о происшествиях с различной тяжестью последствий. В этом случае значения F всегда будут превышать единицу. Труднее построить F/N диаграмму по результатам анализа риска конкретного объекта, когда значение F, как правило, значительно меньше единицы. Прогнозное количество пострадавших Ni в i-ом сценарии определяется интегралом произведения плотности распределения персонала и населения Ω(х,у) на вероятность поражения Рi (х,у) по всей зоне действия поражающего фактора S: Ni=
Если известны вероятности (частоты) fi и количество пострадавших Ni в каждом i-ом сценарии, то можно построить F/N кривую, учитывая, что это функция распределения – невозрастающая с увеличением N кривая. Типичный вид F/N кривой и принципы ее построения показаны на рис. 7. На первом этапе чтобы найти частоту поражения Nk человек f(Nk) суммируются частоты ft(Nk) тех p сценариев, в которых поражается Nk человек: f(Nk)=
. На следующем этапе для каждого Nk определяется F(Nk) как сумма h вариантов частот fv(Nr), происшествий с количеством пострадавших Nr при условии, что Nr ≥ Nk : F(Nk)=
. С увеличением Nk число учитываемых вариантов уменьшается, соответственно уменьшается и их суммарная частота. В конце концов, остается самый катастрофический сценарий с числом пораженных Nmax, частота которого f(Nmax)=F(Nmax) минимальна. (При этом принимаемые значения Nk не обязательно образуют рад натуральных чисел, для которого Nk+1 = Nk +1. Эти значения в принципе могут отличаться и на порядок.) Из приведенных построений следует, что значение социального риска является интегральным показателем опасности - площадь под F/N кривой на рис. 7 соответствует коллективному риску (для иллюстрации область f(Nk) Nk заштрихована). Однако эта площадь под кривой равна интегралу G=
при условии, что функция F(N) формально является функцией действительной переменной N, которая совпадает с построенной F/N кривой. Кривая допустимого социального риска ищется в виде формальной F(N) функции действительного переменного, которая к тому же является гладкой на участке 1≤ N≤Nmax, а на участке 0N≤1 принимает значение F(1) (кривая 2 на рис. 7). Нефизичность последнего предположения может быть оправдана тем, что кривая допустимого социального риска задает лишь ограничения для значений социального риска, которые можно использовать только для значений N, соответствующих натуральным числам. Формально скорость убывания функции F(N) определяется частотой f(N), т.е. f(N)= - dF(N)/dN, и тогда F(N) = -
. Предположим далее, что на участке 1≤NNmax при различных масштабах последствий нежелательных событий риски поражения в диапазоне 1≤NNmax одинаковы, т. е. f(N)N = const = A и соответственно f(N)= f(1) в диапазоне 0N1. Используя последнее выражение получим F(N) = -A lnN + B, где A и B постоянные. 
Рис. 7. Построение F/N диаграммы и кривая приемлемого социального риска
При N =1 имеем B = F(1), а из условия F(Nmax) = f(Nmax)= A/ Nmax получаем
A = F(1)/(lnNmax +1/Nmax)
Интегрирование выражения для приемлемого коллективного риска с учетом последних соотношений дает
Отсюда
F(1)=Ga(ln Nmax + 1/Nmax)/Nmax = B и A = Ga/Nmax.
Тогда на участке 1≤ N ≤ Nmax кривая приемлемого социального риска Fa(N) имеет вид:
Таким образом, выбрав значения приемлемого индивидуального риска Ia с учетом вышеприведенных рассуждений можно определить приемлемый коллективный риск Ga и кривую приемлемого социального риска.
При этом если для определения допустимого коллективного и социального риска необходимо опираться на результаты анализа риска в части количества подвергающихся опасности и максимально возможного количества пострадавших, то для определения приемлемого технического риска необходимо кроме того определить вклад каждого вида опасности в социальный риск. В этом отношении требование ГОСТ 12.1.010-76 «Взрывобезопасность» «производственные процессы должны разрабатываться так, чтобы вероятность возникновения взрыва на любом взрывоопасном участке в течении года не превышала 10-6» без учета последствий с точки зрения приведенных выше критериев может оказаться слишком жестким. Примером может послужить оценкам приемлемого риска взрыва на установке, на которой риску поражения подвергаются 100 человек, максимальное количество пострадавших при взрыве составляет 10 человек, при этом при каждом взрыве есть хотя бы один пострадавший, а другие опасности отсутствуют. При приемлемом индивидуальном риске подвергающихся опасности 5*10-6 в год коллективный риск (промежуточная величина для дальнейших расчетов) составляет 5*10-4 , а приемлемый риск взрыва, равный F(1), будет 1,2*10-3 в год.
В шестую главу диссертационной работы включены результаты использования методов анализа риска при оценке опасностей объектов и производств. При этом в качестве предмета анализа рассматриваются объекты, которые обычно по причине отсутствия установившейся методической базы остаются вне сферы интересов исследователей, занимающихся анализом риска.
В качестве примера сопоставления угроз взрыва и токсического воздействия проведен анализ основных опасностей при использовании аммиака. Всесторонний анализ взрывных и токсических характеристик аммиачно-воздушных смесей показал, что смеси аммиака способны взрываться в технологическом оборудовании при повышенном начальном давлении и высокой температуре (50С). Случаев взрывов облаков аммиака в открытом пространстве не известно и возможность объемного взрыва аммиака в этих условиях не следует учитывать при анализе опасностей. Существующие нормативы обеспечивают достаточные меры промышленной безопасности по предотвращению или ослаблению последствий горения аммиака в производственных помещениях. Учет особенностей горения аммиака является основой для смягчения принятых мер безопасности. Основные поражающие факторы при авариях с аммиаком связаны с токсичностью аммиака, что продемонстрировано на примере анализа риска типичной аммиачной холодильной установки.
В работе приведены примеры использования логико-графических методов оценки опасности. Наличие нескольких «деревьев происшествий» для одного и того же головного события открывает возможность построения «деревьев отказов» для этого события, которое служит основой для вероятностных оценок головного события при анализе риска. Порядок построения «деревьев отказов» с использованием «деревьев происшествий» проиллюстрирован на примере травмирования падающим грузом при строительстве скважины (причина выбора головного события связана с тем, что падение груза — наиболее частая причина травмирования).
Проведена оценка риска возникновения открытого фонтана при строительстве нефтяных скважин Харьягинского месторождения. При оценке степени риска была использована разработанная с участием автора “Методика определения степени риска при проектировании и строительстве нефтяных и газовых скважин”, утвержденная Госгортехнадзором РФ в 1996 году. В процессе идентификации выделены две группы факторов приводящих к возникновению открытого фонтана: факторы, характеризующие состояние оборудования, и факторы, связанные с нефтегазопроявлениями. Полученная оценка вероятности открытого фонтана при строительстве скважин Харьягинского месторождения 0,0062 в год является достаточно высокой по сравнению с оценками вероятностей выбросов для отечественных газонефтедобывающих предприятий с высоким уровнем сероводорода. Наибольшую опасность представляют события, связанные с газонефтепроявлениями (вероятность 0,49). Критическим из них является “недостаточная плотность раствора в скважине”.
Анализ риска стального распределительного газопровода высокого давления (0,6 МПа) показал, что наиболее вероятным сценарием аварии является рассеивание утечки газа из подземного участка газопровода (6,5·10-7 1/м·год). Наименее вероятным, но наиболее опасным по последствиям сценарием аварии на распределительном газопроводе является факельное горение (3,2·10-10 1/м·год). Математическое ожидание экономического ущерба, связанного с прямыми потерями, от аварии по трассе газопровода длиной 4,8 км не превысит 100 рублей в год. Расчет возможного ущерба за счет перерыва в газоснабжении можно оценить используя полученные связи между различными показателями риска. Анализ показал, что максимальный перерыв в газоснабжении на распределительных газопроводах составляет 126 часов, а частота - 10-4 аварий на км в год. Тогда ожидаемый перерыв в газоснабжении, который составляет 2,62 часа на 1000 км распределительного газопровода в год. Для рассматриваемого газопровода ожидаемый перерыв в газоснабжении составляет 0,0126 часов в год, что соответствует ожидаемой недопоставке газа 612 м3 в год. Для оценки возможного экономического ущерба примем за основу ущерб от недопоставок газа в Европу во время газовой войны в январе 2009 года: перерыв в газоснабжении 12 дней, ущерб 1,2 млрд. долларов, дневная поставка 300 млн. м3 газа. Тогда ущерб за недопоставку 1 м3 газа составляет 0,33 доллара или 12 рублей. При таких расценках ожидаемый ущерб от недопоставок газа в связи с авариями на исследуемом газопроводе составит 7344 рубля в год, что несопоставимо с остальными составляющими ущерба.
Для анализа риска полиэтиленового распределительного газопровода высокого давления (0,6 МПа) потребовалось разработать «дерево отказов», ввиду ограниченности статистических данных по авариям на этих объектах. Вероятность утечки по всей трассе составила 6,2·10-8 1/м·год, вероятность воспламенения - 4·10-10 1/м·год, ожидаемая вероятность травмирования не превысит величины 1·10-9 1/год, что в соответствии с разработанными рекомендациями по оценке индивидуального риска соответствует условиям безопасности.
Анализ риска шкафного газорегуляторного пункта показал, что вероятность загазованности в помещении газорегуляторного пункта составила 4,5·10-3 1/год, вероятность воспламенения при этом соответствует величине 5,4·10-5 1/год. Что касается аварий на источниках потребления в результате повышения давления в газопроводе низкого давления, то вероятность загазованности в помещении составила 7,5·10-6 1/год, при этом вероятность воспламенения соответствует величине 9·10-7 1/год. Ожидаемая вероятность травмирования персонала в случае аварии на газорегуляторном пункте не превысит значения 1·10-7 1/год. Результаты анализа риска позволяют сделать вывод о безопасности систем распределения газа.
Категорирование опасностей с целью выявления признаков предаварийных ситуаций проведено на примере более сложной эрготехнической системы - газораздаточной станции ОАО «Московский нефтеперерабатывающий завод», предназначенной для приема, смешения, хранения, перекачивания и отгрузки сжиженных углеводородных газов. Оценка приемлемого риска взрыва (технического риска) осуществлена из соображений, что при взрыве на территории резервуарного парка или в помещении насосной максимальное количество смертельно травмированных может достигать четырех человек, при этом общее количество подвергающихся опасности не превышает 10 человек. Допустимый индивидуальный риск для подвергающихся опасности принимается равным 5*10-5 в год. Тогда значение допустимого коллективного риска составляет 5*10-4, приемлемого риска взрыва, - 2*10-4, граница контролируемого риска - 2*10-3 взрыва в год.
Для расчета риска аварии при реальном состоянии эрготехнической системы разработаны «деревья отказов» наиболее опасных событий: взрыв на территории резервуарного парка и взрыв в помещении насосной станции. Вероятность взрыва на территории резервуарного парка зависит от состояния 12 элементов. При условии исправности всех элементов оборудования, отсутствия внешних и других нерасчетных воздействий вероятность взрыва на территории резервуарного парка составляет 8,2·10-6 в год. Только 34 из множества состояний эрготехнической системы относится к множеству работоспособных состояний, что доказано результатами проведенных расчетов на основании логики построения «дерева отказов» и констатации состояний элементов системы. Остальные неработоспособные состояния характеризуются проходными сочетаниями, то есть таким набором базовых событий, при котором существует гарантия, что конечное событие (взрыв) произойдет. В результате анализа «дерева отказов» для каждого работоспособного состояния получены значения вероятностей взрыва, которые и характеризуют опасность состояний (рис. 8).
Рис. 8. Логарифмическая шкала областей работоспособных состояний
для взрыва на территории резервуарного парка газораздаточной станции
Выявлено 20 состояний, когда система находится во множестве промышленной безопасности, из них восемь состояний попадают в область контролируемого риска. В зону опасного воздействия попадает 14 состояний. Множество граничных состояний системы включает семь состояний с вероятностью взрыва в парке от 0,19 до 0,27 в год. Состояния системы в этой области характеризуются тем, что отказ любого из элементов переводит систему в неработоспособное состояние. При этом регистрация состояния опасности объекта может осуществляться на аппаратно-программном уровне.