Методика разработки научно-обоснованных решений по снижению техногенного риска и предупреждению чрезвычайных ситуаций

Для снижения уровня техногенного риска ОХП, обеспечения высоких показателей надежности и технологической безопасности ОХП, которые уменьшают возможность возникновения ЧС, необходимо, прежде всего, глубоко и всесторонне изучить физико-химическую сущность ХТП, где могут создаваться благоприятные условия для взрывов и пожаров (процессы окисления, нитрования, гидрирования, хлорирования и т.д.). Для разработки мер по предупреждению взрывов при проектировании новых ОХП должны быть изучены механизм и кинетика химических реакций; условия образования и накопления промежуточных и побочных продуктов; взрывоопасность всех продуктов; влияние интенсивности и равномерности отвода реакционного тепла и равномерности распределения реагирующих компонентов в аппарате: роль температуры и давления, а также других факторов, на основании которых должны быть определены оптимальные технологические параметры ХТП, конструкции аппаратов, разработаны средства защиты и предупреждения взрывов.

При проектировании крупнотоннажных химических производств следует иметь в виду, что сохранение проверенных в эксплуатации конструкций аппаратов допустимо до определенных размеров, выше которых ухудшаются гидроаэродинамические показатели, тепломассообмен, появляются застойные зоны и т.д. По этим причинам и для интенсификации аппаратов, а также для создания крупнотоннажных аппаратов с габаритами, позволяющими осуществить их транспортировку по железным дорогам, что имеет важное значение для России, в агрегатах большой единичной мощности необходимо разрабатывать новые конструкции аппаратов. При выборе конструкционных материалов для оборудования и трубопроводов, а также типоконструкций аппаратов следует обращать особое внимание на возможность коррозионного растрескивания сталей в агрессивных рабочих средах, в том числе, и в аммиаке.

Важными организационно-техническими операциями по снижению технологического риска ОХП являются техническая диагностика ОХП и техническое обслуживание.

Техническая диагностика ОХП представляет собой техническую операцию получения и обработки информации о состоянии ОХП во времени с целью обнаружения фактов существования отказов и установления причин и мест их появления. Техническая диагностика ОХП позволяет повысить готовность объекта в результате улучшения его характеристик восстанавливаемости за счет уменьшения времени поиска отказавшего оборудования и обнаружения причин возникновения отказа, а также уменьшения времени устранения отказа. Практическая реализация технической диагностики ОХП связана с разработкой методов и аппаратурно-технических средств для контроля работоспособности и обнаружения отказов ХТП, оборудования и технологических схем ОХП.

Успех технической диагностики ОХП определяется объемом знаний о физико-химической сущности ХТП и свойствах функционирования ХТС, а также используемой стратегией поиска причин отказов ХТП и ХТС. Первый этап диагностики - извлечение и осмысление информации о симптомах отказов или неисправностей. Источниками такой информации являются контрольно-измерительные приборы - КИП (установленные непосредственно на аппаратах и в центральных диспетчерских пунктах химических производств); сигналы тревоги; обонятельная, зрительная и слуховая информация оператора - ЛПР (лица, принимающего решение).

Второй этап диагностики - классификация симптомов и сопоставление информации о симптомах отказов со множеством гипотез, объясняющих причину их появления. Цель классификации симптомов - создать основу для разработки стратегии поиска причин отказов, а также выявление первичных отказов, обусловивших возникновение результирующего отказа, т.е. происшествие, следствием которого может быть возникновение аварии. Классификация симптомов отказов взаимосвязана с инженерно-технологическим анализом отказов ХТС. Результатом такого анализа является установление характера отказа. Для отображения альтернативных вариантов последовательности событий от момента возникновения происшествия (отказа) до момента возникновения аварии используют топологические модели в виде деревьев событий.

Техническое обслуживание ОХП - это совокупность организационных и технических мероприятий, направленных на предупреждение отказов, обеспечение исправного состояния в процессе эксплуатации и готовности ОХП к использованию. К основным задачам технического обслуживания относятся: предупреждение ускоренного износа и старения; устранение последствий износа и старения; поддержание основных технических характеристик ОХП на заданном уровне; продление межремонтных сроков эксплуатации объекта. Техническое обслуживание позволяет поддерживать и восстанавливать требуемый уровень надежности за счет предупреждения случаев возникновения отказов ОХП благодаря проведению через определенные интервалы времени проверки фактического состояния ОХП, замены или ремонта некоторых элементов, регулировки параметров и устранению выявленных неисправностей, т.е. любых повреждений или отклонений от норм за допустимые пределы. Практическая реализация технического обслуживания в период эксплуатации ОХП осуществляется путем проведения профилактического или предупредительного обслуживания, а также текущего обслуживания, или ремонтов ОХП.

Кратко рассмотрим методику комплексного анализа при решении задач оценки и снижения техногенного риска при проектировании и эксплуатации магистральных трубопроводов. Крупные аварии в конце 1980-х и середине 1990-х годах на многих объектах нефтегазохимического и топливно-энергетического комплексов, атомных станциях, мостовых сооружениях и т.п. в России и за рубежом являлись причиной ряда чрезвычайных ситуаций и эколого-техногенных катастроф, сопровождавшихся человеческими жертвами и значительным материальным ущербом. Увеличивающееся количество технических аварий и соответствующие им экономические потери общества, возрастающая каждый год часть валового национального продукта (ВНП), расходуемого не на экономическое или социальное развитие, а на восстановление разрушенных ОХП и объектов НГХК, а также на ликвидацию социальных последствий аварий, заставляют разрабатывать стратегию сбалансированного развития нефтегазохимической промышленности на основе обеспечения надежности, безопасности и снижения риска для общества и окружающей природной среды (ОПС).

Взаимосвязь и взаимозависимость стадий разработки и реализации любого технического проекта ОХП или объекта НГХК и бизнес-плана любого вида деятельности приводит к тому, что незнание или неправильный учет эколого-техногенных факторов уже на стадии проектирования объекта обусловливает перенос значительной части уровня опасности и риска со стадии проектирования объектов на стадии их строительства и эксплуатации, в том числе ГТС и магистральных трубопроводов. Методология системного анализа должна использоваться как при проектировании, так и при производстве деталей и узлов ГТС, строительстве и монтаже магистральных трубопроводов. Поэтому уровни опасности и риска при проектировании магистральных трубопроводов возрастают по мере реализации проекта, причем одновременно увеличивается или обостряется (принимая форму пирамиды) опасность возникновения чрезвычайных, или аварийных, ситуаций, вследствие наличия различных техногенных причин для возникновения ЧС на каждой стадии проекта магистрального трубопровода (МГТ) и «остаточной» опасности от каждой предыдущей стадии проекта.

На рис. 7.3.1 рис. 7.3.2 представлены круговые диаграммы техногенных причин предсказуемых ЧС (аварий) соответственно в первые два года эксплуатации сложных ГТС и в период длительной эксплуатации ГТС. На рис. 7.3.3 представлена круговая диаграмма природно-геологических причин трудно предсказуемых ЧС (аварий) сложных ГТС.

В середине 1995 российское правительство приняло Постановление № 675 «О декларации безопасности промышленного объекта Российской Федерации», в соответствии с которым для промышленных предприятий с повышенной техногенной опасностью производства, в том числе, естественно, и для предприятий топливно-энергетического и нефтегазохимического комплексов, должны разрабатываться «Декларации безопасности промышленного объекта», включающие анализ риска от возникновения на объекте ЧС природного и техногенного характера. Содержание декларации предусматривает определение источников опасности, оценку условий развития и возможных последствий ЧС.

Одновременно правительство РФ приняло и ряд федеральных целевых научно-технических программ («Экологическая безопасность России», «Химическая безопасность России»), в которых поставлена задача безотлагательного решения широкого круга вопросов по обеспечению техногенной и экологической безопасности в энергетике, нефтехимии, газовой отрасли и т.д., а также предусматривает разработку необходимых нормативно-правовых документов, что особенно важно в настоящее время в связи с принятием закона РФ о техническом регулировании.

Указанная деятельность правительства РФ обусловлена не только эколого-техногенными проблемами современного развития экономики России, но и тем обстоятельством, что уже достаточно долго в международной практике обеспечение безопасности и надежности химико-технологических процессов (ХТП) и химико-технологических систем (ХТС), а также МГТ и технологических трубопроводов в настоящее время, основывается на концепции комплексного анализа риска для любых техногенно-природных систем, что позволяет научно-обоснованно разрабатывать систему организационнохозяйственного и эколого-экономического управления предприятиями, а также систему управления надежностью и безопасностью технических систем предприятия и систему управления качеством. ОПС. Результатом использования концепции системного анализа риска является не только уменьшение социального, экологического и экономического ущерба, но и, самое главное, увеличение безопасности экономической эффективности производства.

Комплексный анализ риска на ОХП и ГТС необходим, поскольку внезапное разрушение объектов нефтегазохимической промышленности, атомных станций, мостовых сооружений и т.п. неоднократно как в мировой, так и в российской практике являлось причиной крупных эколого-техногенных катастроф, сопровождавшихся человеческими жертвами и значительным материальным ущербом.

Специалисты по обеспечению надежности и безопасности сложных технических систем подчеркивают, что «даже мелкие аварии атомного реактора требуют остановки атомных электростанций (АЭС), как правило, на многие сутки, а исправление повреждений в активной зоне корпусных реакторов занимает несколько месяцев. Авария реактора электрической мощности 1000 МВт связана с ущербом только от недовыработки энергии около 1 млн. руб./сутки (по ценам 1980-х годов) в сутки, а общая стоимость народнохозяйственных потерь соизмерима со стоимостью энергоблока в целом».

Круговая диаграмма техногенных причин предсказуемых аварий в первые два года эксплуатации сложных газотранспортных систем

Рис. 7.3.1. Круговая диаграмма техногенных причин предсказуемых аварий в первые два года эксплуатации сложных газотранспортных систем

За 15 лет до аварии на Чернобыльской АЭС было указано, что «...разрушение атомного реактора может привести к смертельному исходу около 4,5 тысяч человек и убыткам в размере около 7 млрд долларов США. Последствия такой аварии имеют катастрофический характер для местности в радиусе 200 км в течение 30 лет. Поэтому в обеспечение надежности работы мощных энергоблоков АЭС будут оправданы любые затраты». К сожалению, эти прогнозы подтвердились, а в настоящее время эколого-техногенная обстановка в промышленных регионах и воздействие на ОПС сложных технических систем настолько усложнилась, что правительство России было вынуждено выпустить специальные вышеназванные директивные документы.

Круговая диаграмма техногенных причин предсказуемых аварий сложных газотранспортных систем в период длительной эксплуатации

Рис. 7.3.2. Круговая диаграмма техногенных причин предсказуемых аварий сложных газотранспортных систем в период длительной эксплуатации

Круговая диаграмма природно-геологических причин трудно предсказуемых аварий сложных газотранспортных систем

Рис. 7.3.3. Круговая диаграмма природно-геологических причин трудно предсказуемых аварий сложных газотранспортных систем

К наиболее перспективным средствам и методам технической диагностики состояния магистральных трубопроводов в ГТС для целей предупреждения возникновения ЧС и снижения техногенных рисков следует отнести:

1) Ультразвуковое инспектирование, которое позволяет обнаруживать и локализовать дефекты (инспекция сварного шва или локальной зоны трубы) или на непрерывный сбор данных о текущем состоянии стенок трубы с использованием многодатчикового устройства, пропускаемого внутри трубы.

  • 2) Акустическая эмиссия, которая обеспечивает дистанционный контроль состояния крупных конструкций.
  • 3) Тестирование миниатюрных образцов трубы с целью исследования свойств материала трубы в условиях эксплуатации без существенного нарушения процессов эксплуатации МГТ.
  • 4) Компьютерное моделирование и экспериментальное тестирование трубопроводов, которое позволяет воспроизводить реальные условия эксплуатации трубопровода и обеспечивает возможность разрабатывать математические модели, применять результаты проведенных ранее анализов и исследовать процессы эксплуатации МГТ. Возможность воспроизведения реальных условий эксплуатации МГТ при создании критических нагрузок поможет операторам ГТС точнее оценить остаточный ресурс (срок службы) существующих конструкций и оборудования.
  • 5) Применение географической информационной системы (ГИС). Огромный масштаб сети магистральных трубопроводов России обусловливает необходимость использования компьютеризированной ГИС не только для успешного осуществления проектирования ГТС, но и для проведения последующих мероприятий по обеспечению надежности трубопроводов и снижению риска.

Рассмотрим методику организации и управления проектированием магистральных трубопроводов с учетом риска. Практическими исполнителями проекта ГТС (проектная группа) должны быть специалисты, владеющие методологией комплексного анализа и оценки риска, умеющие использовать соответствующее программное обеспечение для идентификации источников риска и разрабатывать мероприятия по предотвращению риска, а также современными методами технической диагностики состояния трубопроводов. Одним из обязательных условий успешного решения проектной группой своих задач является наличие опыта по разработке крупных баз данных, по сбору и анализу информации о характеристиках и параметрах функционирования трубопроводов.

В группу следует привлекать специалистов, обладающих знаниями в области строительства, механики, гидродинамики и материаловедения, которые могут быть использованы для анализа условий местности и определения состояния и целостности трубопроводов и анализа этапов жизненного цикла трубопровода. В проектной группе обязательно должны также быть сотрудники, владеющие методикой разработки и применения ГИС для картографического описания крупномасштабных и сложных ГТС.

Проектная группа должна иметь возможность использовать специальное оборудование для тестирования и программное обеспечение для установления цельности систем трубопроводов и сокращения степени риска при эксплуатации МГТ.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >