Размещено на http://www.Allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Удмуртский государственный университет

Институт гражданской защиты

Кафедра безопасности жизнедеятельности

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема:

Анализ аварийности на объектах трубопроводного транспорта (нефть, нефтепродукты)

Оглавление

Введение

1. Классификация аварий

2. Сравнительный анализ аварийности в России и США

3. Факторы устойчивости при воздействии, вызванном внешними причинами

Заключение

Список литературы

Введение

Актуальность исследования. Развитая система трубопроводного транспорта и его эффективная работа в настоящее время является одним из важнейших факторов, наряду с добычей и переработкой нефти, обуславливающих успешную деятельность любого нефтегазодобывающего предприятия, от деятельности которых зависит и экономика страны. В связи с этим выбранная тематика, несмотря на узкую направленность, входит в актуальное русло проблем энергетики России и обращает внимание на существующую в настоящее время проблему неэффективной эксплуатации промышленных трубопроводов в силу их высокой подверженности аварийностям.

Именно безаварийная работа системы трубопроводов позволяет доставить весь объем добытой нефти для переработки и далее до потребителя без повышения ее себестоимости. В то же время, согласно статистике, количество отказов на промысловых трубопроводах остается довольно высоким. Это связано в первую очередь с коррозионным износом трубопроводов.

Стоит отметить, что отказы на промысловых трубопроводах пересекающих водные преграды, наносят большой экономический ущерб не только из-за потерь продукта, но и сопровождаются, в большинстве случаев загрязнением окружающей среды, гибелью флоры и фауны, возникновением пожаров и даже человеческими жертвами.

Поэтому к трубопроводам предъявляются очень высокие требования, одним из которых является герметичность.

Среди условий, обеспечивающих избегание неприятных последствий аварийных отказов, важное место принадлежит своевременному и качественному проведению профилактических мероприятий.

Цель исследования: провести анализ аварийности на объектах трубопроводного транспорта (нефть, нефтепродукты).

Задачи исследования:

1. Дать классификацию аварий.

2. Провести сравнительный анализ аварийности в России и США.

3. Выделить факторы устойчивости при воздействии, вызванном внешними причинами.

4. Сделать выводы по проделанной работе.

1. Классификация аварий

Отказом трубопроводов промыслового сбора и транспорта продукции скважин считается нарушение работоспособности, связанное с внезапной полной или частичной остановкой трубопровода из-за нарушения герметичности трубопровода или запорной и регулирующей арматуры или из-за закупорки трубопровода.

Повреждением называется нарушение исправного состояния ПТ при сохранении его работоспособности и не сопровождаемое материальным и экологическим ущербом.

Отказы ПТ делятся на некатегорийные и категорийные, сопровождаемые несчастными случаями и пожарами.

К категорийным относятся отказы, которые расследуются в соответствии с инструкцией Госгортехнадзора России (РД 03-293-99 «Положение о порядке технического расследования причин аварий на опасных производственных объектах»). К ним относится полное или частичное разрушение объектов добычи и подготовки нефти и газа, внутрипромысловых трубопроводов, сопровождающееся или приведшее к разливу (утечке) нефти в объеме 10 и более кубометров или утечкой природного (попутного) газа в объеме 10 тысяч и более кубометров.

Все остальные отказы некатегорийные расследуются в соответствии с РД 39-132-94 «Правила по эксплуатации, ревизии, ремонту и отбраковке нефтепромысловых трубопроводов» [2].

Некатегорийные отказы подразделяются по видам нарушений:

- разрывы и трещины по основному металлу труб, по продольным и кольцевым сварным швам;

- негерметичность по причине коррозии внутренней и внешней;

- негерметичность запорной и регулирующей арматуры;

- потеря герметичности трубопровода от внешних механических воздействий;

- потеря пропускной способности трубопровода из-за образования закупорок.

Некатегорийные отказы ПТ подразделяются на отказы 1-й и 2-й групп.

К отказам 1-й группы относятся отказы на внутриплощадочных напорных внутри- и межпромысловых нефтепроводах на участке от дожимной насосной станции (ДНС) до центрального пункта сбора (ЦПС) или от комплексного сборного пункта (КСП) и далее до магистральных нефтепроводов.

К отказам 2-й группы относятся отказы на газопроводах, на нефтесборных трубопроводах на участке от групповой замерной установки (ГЗУ) до ДНС, а также на водоводах.

Аварийный разлив нефти (АРН) - любой сброс и поступление нефти, произошедший как в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы стихийного или иного бедствия, так и при транспортировке нефти, при строительстве или эксплуатации объекта, а также в процессе производства ремонтных работ.

Важным аспектом проблемы аварийных разливов нефти является исследование причин их возникновения. Аварийные разливы продукции скважин на объектах добычи нефти, как правило, происходят вследствие нарушения герметичности оборудования и трубопроводов. В большинстве случаев к основным факторам, способствующим возникновению аварии с разливами нефти относятся:

- наличие опасных веществ - нефти и газа - в больших количествах;

- проведение технологических процессов под давлением;

- наличие в нефти механических примесей, обуславливающих абразивный износ оборудования и трубопроводов;

- коррозионная активность составляющих сырой нефти.

Основные возможные причины и факторы, способствующие возникновению и развитию аварий на промысловых, межпромысловых трубопроводах:

· Разлив нефти, в результате механического повреждения трубопровода и линейного оборудования;

· Наличие блуждающих токов в грунте способствует ухудшению свойств металла стенок трубопровода, создает опасность разгерметизации нефтепровода;

· Перекачка нефти под избыточным давлением, создает опасность разгерметизации трубопровода;

· Пересечение трубопровода с автодорогами (воздействие нагрузок от движения автомобилей и изменение давление в грунте под автомобильными дорогами);

· Разгерметизация трубопровода, в результате физико-химического воздействия;

· Несоответствие качества металла и геометрических параметров труб требованиям ГОСТ, неудовлетворительное качество сварных швов, наличие циклических нагрузок при перекачке нефти, старение металла труб, укладка трубопровода в траншею в напряженном состоянии при строительстве и капитальном ремонте в итоге приведет к разгерметизации нефтепровода;

· Частые пуски и остановки нефтеперекачивающих агрегатов, быстрые открытия и закрытия задвижек, всевозможные вибрации приводят к возникновению в трубопроводах нестационарных процессов, сопровождаемых резкими колебаниями давления, что в свою очередь может привести к разгерметизации трубопровода;

· Разгерметизация трубопровода, в результате внешнего воздействия;

· Разгерметизация трубопроводов, в результате землетрясения, наводнения, оползни и т.д.

2. Сравнительный анализ аварийности в России и США

Как в России, так и в США данные по аварийности на трубопроводах собираются на государственном уровне в соответствии с национальным законодательством. В нашей стране регулирующим органом выступает Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор), в США - Управление по безопасности трубопроводов и опасным материалам Министерства транспорта (Office of Pipeline Safety under the Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration, PHMSA). Собираемые данными организациями статистические сведения находятся в открытом доступе [9, c.84].

На территории России проложена уникальная по протяженности и производительности система магистральных трубопроводов нефти, газа и нефтепродуктов. Несмотря на то, что данные по аварийности демонстрируют низкую вероятность возникновения аварий, приводящих к гибели людей, в настоящее время существует опасность возникновения экстренных ситуаций, связанных с эксплуатацией магистральных трубопроводов, перекачивающих нестабильные углеводородные жидкости, которые при аварийном выбросе могут образовывать облака топливно-воздушных смесей, характеризующихся способностью дрейфовать на расстояния до нескольких сотен метров с сохранением способности к воспламенению.

Одним из наиболее эффективных способов обеспечения безопасности людей является «защита расстоянием» - их удаление от опасного источника на необходимую дистанцию. После уфимской катастрофы 1989 г., унесшей жизни более пятисот человек, в СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы» был внесен ряд изменений, повлекших заморозку проектирования и строительства новых продуктопроводов сжиженных углеводородных газов. Таким образом, установление минимальных безопасных расстояний до объектов инфраструктуры при проектировании магистральных трубопроводов сжиженных углеводородных га- зов является одной из ключевых задач промышленной безопасности в свете государственного Плана развития газо- и нефтехимии России до 2030 г.

Важнейшей характеристикой баз данных по аварийности является «экспозиция аварийности», указывающая на статистическую устойчивость характеризующих аварийность величин и измеряемая в километро-годах. Основные сведения об источниках данных по аварийности на магистральных трубопроводах приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные характеристики баз данных по аварийности

Характеристика / страна	Общая протяженность трубопроводов, тыс. км / экспозиция, всего	Магистральные газопроводы	Магистральные нефтепроводы	Магистральные нефтепродуктопроводы	Магистральные трубопроводы сжиженных углеводородных газов (МТ СУГ)
Россия	254.5	180	52.9	21.6	1.7
США	768.8	480.8	88.8	104.4	94.8
Экспозиция наблюдения аварийности, млн км/год
Россия	3.5	2.3	0.86	0.31	0.02
США	20.0	13.0	2.0	2.8	2.2

Отметим, что общее число зарегистрированных аварий в базах данных по состоянию на 2015 г. составляет в России - 502 и в США - 4019. Данное различие вызвано фактом покрытия статистическими данными разных периодов: если в США сбор информации ведется начиная с 1984 г., то в России регулирующие органы начинают публиковать открытую статистику лишь с 1999 г. Помимо этого, различия в определении аварийного события в двух странах не позволяют добиться исчерпывающего сравнительного соответствия (табл. 2). Другим отличием является то, что в России преобладают сравнительно недавно введенные в эксплуатацию трубопроводы больших диаметров (более 1 м), а США характеризуются наличием разветвленной сети старых (возрастом свыше 30 лет) трубопроводов малых диаметров [7, c.16].

Таблица 2

Определение аварийного события в базах данных по аварийности

Характеристика / страна	Критерии определения аварии
	Объем утечки, м3	Несчастный случай с летальным исходом	Пожар, взрыв	Экон. ущерб, в том числе от загрязнения окружающей среды	Другие
Газопроводы
Россия	Более 10,000	+	+	-	Повреждение или разрушение соседних объектов
США	-	+	-	Более $50,000	-
Нефте- и нефтепродуктопроводы
Россия	Более 10	+	+	+	Превышение объема утечки легкоиспаряющейся жидкости более 1 м3 в сутки
США	Более 7.9550 баррелей)	+	+	Более $50,000	-

Основной статистической характеристикой аварийности на магистральных трубопроводах является интенсивность аварий (табл. 3), выражающаяся в числе аварий за единицу времени на единицу длины трубопровода (как правило, за год на 1,000 км).

Таблица 3

Показатели аварийности российских и американских трубопроводных систем

Характеристика / страна	Количество аварий	Экспозиция наблюдения аварийности, тыс. км лет	Интенсивность аварий, в год на 1,000 км	Интенсивность аварий за последние 5 лет, в год на 1,000 км
Газопроводы
Россия (1999-2015)	313	2298	0.14	0.09
США (1993-2015)	1211	9400	0.13	0.11
Нефте- и нефтепродуктопроводы, а также МТ СУГ
Россия (1999-2015)	189	1165	0.18	0.07
США (1993-2015)	2711	5100	0.53	0.43

При анализе этих данных отмечается двукратное снижение аварийности на российских магистральных газопроводах за последние 10 лет, обусловленное завершением периода врабатываемости оборудования и применением знаний прошлого опыта аварий. Следует подчеркнуть, что в силу долгосрочности процессов износа материала трубопроводов, основной вклад в причины аварийности вносят непредсказуемые внешние природные и антропогенные воздействия. Ввиду природно-климатических различий российские магистральные трубопроводы отличаются повышенными энергетическими затратами, что повышает риск аварийности объектов и травматизма персонала. Однако в последние годы показатель интенсивности аварий на магистральных трубопроводах как России, так и США стабилизировался на отметке 0.1 аварий в год на 1000 км для газопроводов и около 0,1-0,4 аварий в год на 1000 км для нефте- и нефтепродуктоводов. Данные по летальному травматизму при авариях приведены в табл. 4.

Таблица 4

Летальные исходы при авариях на российских и американских трубопроводных системах

Характеристика / страна	Количество аварий с гибелью людей, штук	Количество погибших при авариях, чел.	Условная вероятность аварий с гибелью людей	Частота гибели людей при авариях, чел. в год на 1000 км
Газопроводы
Россия (2000-2015)	11	15	0,04	0,007
США (1993-2015)	23	42	0,02	0,005
Нефте- и нефтепродуктопроводы, а также МТ СУГ
Россия (2000-2015)	11	14	0,06	0,012
США (1993-2015)	26	39	0,01	0,008

На рисунках 1, 2 показано распределение аварий на магистральных газо- и нефтепроводах, а также нефтепродуктоводах по причинам их возникновения. Как следует из данных, для магистральных газопроводов России наиболее типичны аварии, вызванные коррозией (49%) и дефектами оборудования или матери- ала (32%), в США эта причина является главной, на нее приходится 27% всех аварий. Что касается аварий на нефтепроводах, то в России подавляющей (60% случаев) причиной является внешнее воздействие, в то время как в США - дефекты оборудования или материала (26%), коррозия (24%) и внешнее воздействие (20%) [10, с.95].

Рис. 1. Распределение числа аварий на магистральных газопроводах в зависимости от причин их возникновения (%):

1 - внешнее воздействие; 2 - дефекты оборудования или материала; 3 - коррозия; 4 - природное воздействие; 5 - ошибочные действия персонала; 6 - другое

Рис. 2. Распределение числа аварий на магистральных нефте- и нефтепродуктопроводах в зависимости от причин их возникновения (%):

1 - внешнее воздействие; 2 - дефекты оборудования или материала; 3 - коррозия; 4 - природное воздействие; 5 - ошибочные действия персонала; 6 - другое

авария трубопровод безопасность зарубежный российский

3. Факторы устойчивости при воздействии, вызванном внешними причинами

Согласно зарубежным данным по аварийности на трубопроводных системах, именно толщина стенки и глубина залегания - доминирующие факторы устойчивости при воздействии, вызванном внешними причинами [9, c.84].

В частности, повышенная толщина позволяет выдерживать механическое воздействие многих видов землеройной техники, а большая глубина затрудняет доступ к трубопроводу. Очевидно, что увеличение толщины стенки будет основным фактором, снижающим риск разрушения трубопровода под действием внутреннего давления за счет большего запаса прочности. Так, согласно статистике, при толщине стенки менее 5 мм основной причиной утечек считается внешнее воздействие (более 60% случаев). При увеличении толщины стенки вклад фактора внешнего воздействия снижается до 20-25%, а при толщине стенки 10 мм и более частота утечек по причине внешнего воздействия снижается в 15-30 раз.

Анализируя риск гибели людей (расчет зон поражения), эффективность инженерных сооружений оценивают путем уменьшения радиуса пролива нефти (максимального приближения края горящего пролива к объектам). При оценке влияния этих сооружений на экологический риск предполагают, что их наличие исключает попадание нефти в водные объекты, тем самым существенно уменьшая компенсационные выплаты за загрязнение окружающей среды.

Для оценки достаточности компенсирующих мероприятий применяют методологию анализа риска (для объектов с присутствием людей) и экологического ущерба (для водных объектов).

Порядок оценки для объектов с присутствием людей:

1) рассчитывают риски для участка ненормативного сближения без компенсирующих мероприятий;

2) полученное значение риска удовлетворяет требованиям [1] - компенсирующие мероприятия не требуются;

3) значение риска не удовлетворяет требованиям [1] - рассчитывают риск с учетом различных компенсирующих мероприятий (увеличение толщины стенки и заглубления трубопровода, инженерные мероприятия). По результатам данных расчетов определяют необходимый перечень компенсирующих мероприятий для участка ненормативного сближения: увеличение толщины стенки и заглубления трубопровода, применение инженерных мероприятий, либо мероприятий в комплексе.

Порядок оценки для водных объектов:

1) рассчитывают ожидаемый экологический ущерб для участка ненормативного сближения без компенсирующих мероприятий;

2) полученное значение ожидаемого экологического ущерба соответствует низкой степени риска [8] - компенсирующие мероприятия не требуются;

3) значение ожидаемого экологического ущерба не соответствует требованиям низкой степени риска [8] - рассчитывают ожидаемый экологический ущерб с учетом инженерных компенсирующих мероприятий, не допускающих попадание нефти в водные объекты.

Результаты данных расчетов подтверждают достаточность применения инженерных мероприятий. Для оценки достаточности компенсирующих мероприятий при прокладке магистрального нефтепровода на ненормативном сближении с населенными пунктами, железными и автомобильными дорогами, садами, промышленными зонами используют расчет индивидуального риска гибели человека [6, с.59].

За последние 12 лет на трубопроводах США произошло 525 серьезных аварий, в результате которых 200 человек погибли, 747 получили ранения, материальный ущерб достиг 539 млн. долл. Среди недавних примеров - разлив нефти в г. Маршалл, штат Мичиган в июле 2010 г., взрыв газотранспортной системы в г. Сан-Бруно, штат Калифорния в сентябре 2010 г. и взрыв газораспределительной системы в г. Остин, штат Техас в январе 2012 г.

В течение последнего десятилетия Управление по безопасности трубопроводов и опасным материалам Министерства транспорта США потребовало от операторов трубопроводов реализации ряда программ по безопасности, нацеленных на существенное снижение угроз на трубопроводных системах страны. Осуществляется Программа управления целостностью - Integrity Management Program (IMP), направленная на выявление и предотвращение нарушений в работе трубопроводов. Было принято более 1400 правоприменительных мер против операторов трубопроводов, наложено более 3 млн. долл. гражданско-правовых санкций [9, c. 84].

Для обеспечения высоких стандартов безопасности трубопроводной системы США бюджет 2014 г. предлагает реформы, связанные с увеличением финансирования и пересмотром программы безопасности трубопроводов Департамента транспорта. В настоящее время обследованием 4,2 млн. км трубопроводов занимаются 135 инспекторов [9, c.84].

Таблица 5

Безопасные расстояния и другие законодательно установленные способы обеспечения безопасности при прокладке магистральных трубопроводов на густонаселенных территориях в США

Тип трубопровода	Газопроводы	Нефте- и нефтепродуктопроводы, МТ СУГ
Классификация территорий	Деление территорий вдоль магистрального трубопровода на 4 класса по плотности застройки	-
Требования по безопасным расстояниям	Не установлены	15 м от жилых домов, промышленных зданий и мест скопления людей
Способы обеспечения безо- пасности при прокладке трубопроводов на густонаселенных территориях	Ограничение уровня расчетных кольцевых напряжений величиной 0,72ч0,4 от нормативного предела текучести металла трубы. Уменьшение расстояния между за- движками (с 16 до 4 км). Увеличение глубины заложения/ высоты засыпки. Ограничение рабочего давления	Требование по соблюдению безопасных расстояний (15 м) может быть отменено при дополнительном заглублении МТ на 0.3 м
Нормативные документы	Pipeline Safety Regulations - 49CFR Parts 190, 191, 192, 193, 194, 195, 198 and 199, revised as of October 1, 2011, U.S. Department of Transportation, Research and Special Programs Administration, Washington, D.C.

В таблице 5 приведена общая информация по безопасным расстояниям при прокладке магистральных трубопроводов на густонаселенных территориях в США.

Заключение

В результате проделанной работы нами был проделан анализ аварийности на объектах трубопроводного транспорта (нефть, нефтепродукты).

При эксплуатации промышленных трубопроводов (водоводы высокого давления, нефтесборные коллектора, напорные и магистральные трубопроводы и т.д.) существует актуальная проблема в том, что при порыве трубопроводов происходит загрязнение окружающей среды, которое в свою очередь влечет за собой огромные экологические штрафы и затраты на ликвидацию последствий аварии со стороны эксплуатирующего предприятия. А так же существенный урон экологии.

Особое место занимают порывы на переходах трубопроводов через реки и озера, а так же порывы в пойменной зоне водных объектов. Порывы трубопроводов на водных объектах гораздо опаснее порывов на наземной части тем, что многократно увеличивается площадь загрязнения, время и средства на локализацию зоны загрязнения и ликвидацию последствий аварии, а так же наносится более серьезный вред окружающей среде. Ежегодно в бассейны рек и водоемы попадают сотни тысяч тонн нефти, в результате на воде образуется тонкая пленка, препятствующая газообмену. Основная задача при ликвидации последствий аварийных разливов нефтепродуктов на водной поверхности - ни при каких обстоятельствах не допустить загрязнения береговой полосы, так как в этом случае затраты на ликвидацию последствий аварии возрастают многократно.

Сложность устранения аварийных разливов на водных поверхностях заключается в том, что возникает необходимость привлечения дорогостоящего оборудования и спецтехники (моторные лодки, боновые заграждения, нефтесборное оборудование и техника). Дополнительная сложность заключается (в большинстве случаев) в отсутствии подъездных путей для спецтехники.

Не стоит также забывать о том, что пластовая вода (сеноман) полностью растворяется в воде (в отличие от нефти) и приводит к гибели растительного и животного мира

Список литературы

1. Федеральный закон от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» // Собрание законодательства Российской Федерации. 2008. №30. Ст. 3579.

2. РД 39-132-94 «Правила по эксплуатации, ревизии, ремонту и отбраковке нефтепромысловых трубопроводов».

3. РД 03-293-99 «Положение о порядке технического расследования причин аварий на опасных производственных объектах».

4. СП 34-116-97 «Инструкция по проектированию, строительству и реконструкции промысловых нефтегазопроводов».

5. ВСН 005-88 «Строительство промысловых стальных трубопроводов».

6. Лисанов М.В. и др. Анализ риска магистральных нефтепроводов при обосновании проектных решений, компенсирующих отступления от действующих требований безопасности // Безопасность труда в промышленности. - 2010. - №3. - С. 51-59.

7. Лисанов М.В. и др. Анализ российских и зарубежных данных по аварийности на объектах трубопроводного транспорта // Безопасность труда в промышленности. - 2010. - №7. - С. 16- 22.

8. Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах. Сер. 27. Вып. 1. М.: Промышленная безопасность, 2005. 118 с.

9. Олейник А.П. Сравнительный анализ аварийности на объектах трубопроводного транспорта в России и США // Вестник РУДН. - №4. - 2016. - с.84-90.

10. Савина А.В. Анализ риска аварий при обосновании безопасных расстояний от магистральных трубопроводов сжиженного углекислого газа до объектов с присутствием людей: дисс. ... канд. техн. наук. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2013.

Размещено на Allbest.ru