Проектирование продуктопровода для перекачки продукции Вынгапуровского газоперерабатывающего завода. Выбор средств измерения давления для проектируемого участка трассы

1,490

36

243,700

2,615

124,590

1,087

1,529

37

229,230

2,577

110,120

0,960

1,616

38

224,780

2,538

105,670

0,922

1,617

39

221,310

2,500

102,200

0,891

1,609

40

215,660

2,462

96,550

0,842

1,619

41

198,090

2,423

78,980

0,689

1,734

42

188,060

2,385

68,950

0,601

1,783

43

190,380

2,346

71,270

0,622

1,725

44

179,860

2,308

60,750

0,530

1,778

45

164,860

7

2,269

45,750

0,399

1,870

46

214,800

2,231

95,690

0,835

1,396

47

201,870

2,192

82,760

0,722

1,470

48

198,300

2,154

79,190

0,691

1,463

49

189,340

2,115

70,230

0,613

1,503

50

176,800

2,077

57,690

0,503

1,574

51

174,130

2,038

55,020

0,480

1,559

52

172,570

2,000

53,460

0,466

1,534

53

170,610

1,962

51,500

0,449

1,512

54

158,030

1,923

38,920

0,339

1,584

55

135,750

1,885

16,640

0,145

1,739

56

124,560

1,846

5,450

0,048

1,799

57

132,300

8

1,808

13,190

0,115

1,693

58

167,180

1,769

48,070

0,419

1,350

59

168,930

1,731

49,820

0,435

1,296

60

172,500

9

1,692

53,390

0,466

1,227

61

168,240

1,654

49,130

0,429

1,225

62

148,710

1,615

29,600

0,258

1,357

63

189,040

1,577

69,930

0,610

0,967

64

208,400

1,538

89,290

0,779

0,760

65

225,250

10

1,500

106,140

0,926

0,574



5. Охрана труда и техника безопасности

Темой данного комплексного дипломного проекта, как отмечено ранее, является автоматизация и выбор средств измерения давления на линейном участке Вынгапуровского продуктопровода.

Нарушение требований правил техники безопасности производства при монтаже, эксплуатации и ремонте средств автоматизации на продуктопроводе может привести к авариям и производственным травмам.

5.1 Опасные и вредные факторы на объектах нефте- и нефтепродуктопроводного транспорта

Объекты нефтепроводного транспорта, как носители опасных и вредных факторов, относятся к категории повышенной опасности.

Основными факторами и обстоятельствами, определяющими категорию повышенной опасности объектов и технологических процессов нефтепроводного транспорта являются:

- опасные и вредные свойства нефтей и входящих в ее состав легких и тяжелых углеводородных фракций (газожидкостной нефтегазовой среды), в том числе:

1) взрыво- и пожароопасность нефтегазовой среды (рабочей средой является ШФЛУ);

2) токсичность нефтегазовой среды;

3) способность нефтегазовой среды проникать в закрытые полости и пространства, здания и сооружения, скапливаться в различных углублениях и распространяться на большие расстояния и площади по воздуху, земле и водной поверхности;

- большие единичные мощности и высокая энерговооруженность, в том числе:

1) значительные потенциально опасные разрушительные способности технологического оборудования при их поломках, повреждениях или авариях;

2) опасные или потенциально опасные значения технологических параметров, в том числе высокие давления (Р? 1,5 МПа), большие объемы и потоки перекачиваемой среды.

- технологические особенности, в том числе:

1) непрерывный характер технологических процессов, осуществляемых круглосуточно, независимо от различных климатических и сезонных изменений окружающей среды;

2) большие периоды непрерывной работы всего комплекса технологического оборудования;

3) необходимость проведения профилактических и ремонтных работ при непрерывном технологическом цикле;

4) большие скорости распространения волн давления, в том числе от гидравлических ударов, возникающих при различных изменениях режимов перекачки, аварийных остановках технологического оборудования, авариях с нарушением герметичности нефтепроводов;

- большая рассредоточенность технологических объектов, в том числе:

1) отсутствие возможности постоянного визуального контроля за оборудованием;

2) большой контакт с природной средой, пересечения с водными ресурсами, прохождения через горные местности.

3) подверженность продуктопровода коррозии;

4) прохождение трасс продуктопровода вблизи населенных пунктов, зон хозяйственной деятельности других отраслей производства;

5) удаленность от баз обслуживания и труднодоступность значительного количества объектов продуктопровода транспорта для производства работ по техническому обслуживанию оборудования или производства аварийно-восстановительных работ.

Широта диапазона и специфики работ, в том числе связанных с обслуживанием электротехнического и механо-технологического оборудования, средств и систем измерения, автоматики и телемеханики, теплотехнических установок, сосудов и емкостей, необходимость постоянного производства ремонтных и общестроительных работ, погрузо-разгрузочных и работ по перевозке грузов, содержания и обслуживания автотранспорта и специальной техники, больших объемов электрогазосварочных, подводно-технических и буровзрывных работ;

Организация работ должностными лицами всех уровней по проектированию, комплектованию оборудованием, сооружению объектов трубопроводного транспорта, ведению технологических процессов и работ по техническому обслуживанию оборудования, должны вестись с учетом факторов и обстоятельств опасности нефтепроводного транспорта, перечисленных выше.

5.2 Взрыво- и пожароопасность производства

Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ) - горючий углеводородный газ под давлением в сжиженном состоянии. Хорошо взрывается и горит.

Утечка ШФЛУ в месте разрушения продуктопровода продолжается длительное время, пока давление и температура внутри участка не станут близкими к атмосферному. Вследствие непрерывного испарения продукта, давление внутри участка будет уменьшаться, происходит охлаждение продукта и всего с чем продукт соприкасается. Значительная испаряемость ШФЛУ, а также высокий удельный вес паров способствует образованию устойчивого облака, плохо рассасывающегося в атмосфере, которое стелится на поверхности и скапливается в низких местах.

Утечка ШФЛУ может быть обнаружена по запаху, напоминающему запах бензина, по изменению цвета растительности, а при значительных объемах утечки паров продукта - по звуку и нарушению земляной засыпки продуктопровода. Также утечка может быть обнаружена по обмерзанию грунта или по инею в месте утечки.

Пары ШФЛУ образуют с воздухом взрывоопасные смеси с пределами взрываемости, указанными в таблице 1.1, по ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»

Взрыво- и пожароопасные свойства ШФЛУ:

- ПДК - 300 мг/м³;

- класс опасности- 4;

- температура вспышки - (от 15 до 20 ^оС);

- пределы взрываемости : НКПВП-1,3, ВКПВП - 9,5 %.

Воспламенение жидкого продукта и его паров в месте утечки, распространяющихся в виде газового облака, может произойти от источника, имитирующего горение, расположенного далеко от места утечки (50м и более). К таким источникам относятся, помимо открытого огня, электрические разряды электроустановок, нагретые твердые тела, различные самовоспламеняющиеся материалы.

5.3 Токсичность и вредность рассматриваемого продукта перекачки

По степени воздействия на организм человека ШФЛУ относится к 4 классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности», то есть является малоопасным веществом. Обладает наркотическим действием. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны - 300 мг/м³ (в перерасчете на углерод) ПДК в атмосферном воздухе - 5 мг/м³. Признаками наркотического действия являются недомогание, головокружение, состояние опьянения, сопровождаемое беспричинной веселостью, потерей сознания. Углеводороды ШФЛУ в организме не аккумулируются.

ШФЛУ при обычной температуре представляет собой тяжелый газ и проникает в организм исключительно через дыхательные пути. При легких отравлениях - головокружение, слабость, учащенное сердцебиение. При тяжелых - потеря сознания, судороги, ослабление дыхания.

ШФЛУ оказывает вредное воздействие на кожу человека, вызывая кожные заболевания (сухость кожи, появление трещин, экземы). Особенно опасно попадание ШФЛУ на слизистую оболочку рта, глаз.

При утечке ШФЛУ, в результате его быстрого разгазирования, происходит сильное охлаждение самой струи продукта. Попадание продукта на кожу вызывает обморожение.

Основная опасность для человека при авариях связана с возможностью возникновения термических и барических поражающих факторов. Основная опасность для окружающей среды связана с загрязнением почвы и водных объектов, а также загрязнением воздуха продуктами сгорания

При ингаляционном отравлении пострадавшего следует удалить из загрязненной атмосферы, освободить от стесняющей одежды и поместить в теплое место. При потере сознания сделать искусственное дыхание, вызвать врача. При попадании в желудок - обеспечить покой, вызвать врача. При попадании на кожу - промыть водой с мылом. При попадании в глаза - обильно промыть проточной водой, в дальнейшем обратиться к офтальмологу.

Для защиты от вредных воздействий применяются индивидуальные средства защиты согласно типовым нормам, в том числе фильтрующий противогаз марки А, изолирующие противогазы с принудительной подачей чистого воздуха (при высоких концентрациях), спецодежда, спецобувь.

5.4 Мероприятия по обеспечению безопасности работы на линейной части продуктопровода

Требования к АСУ ПБ

Организация работ по обеспечению безопасных и здоровых условий труда и промышленной безопасности должна осуществляться на базе Автоматизированной системы управления производственной безопасности (АСУ ПБ), единой для всех АО АК «Транснефть».

АСУ ПБ должна иметь простой доступ для обращения, не требующий специальной подготовки рядового пользователя компьютера.

АСУ ПБ должна иметь минимально обязательную базу данных по следующим вопросам или направлениям деятельности в области ОТ и ПБ:

- перечень и содержание нормативно - законодательных и руководящих документов и актов, правил, положений и других общероссийских и отраслевых руководящих документов в области охраны труда и промышленной безопасности;

- перечень и содержание должностных инструкций, инструкций по профессиям и по безопасному ведению работ;

- перечень и содержание приказов, распоряжений, предписаний, актов проверок, протоколов и других документов организации, и государственных органов надзора по ОТ и ПБ;

- перечень и содержание планов работ и различных мероприятий в области ОТ и ПБ;

- подсистему обучения и проверок знаний с графиками проверок знаний, переаттестаций и обучения с отрывом или без отрыва от производства;

- графики медицинских осмотров, целевых и комплексных проверок подразделений;

- подсистему обеспечения работников спецодеждой и другими средствами индивидуальной и коллективной защиты;

- базу данных по несчастным случаям на производстве с системой количественной оценки уровня производственного травматизма

- физико-химические и токсикологические характеристики веществ, применяемых в процессах хранения и перекачки нефтей;

- переписка по вопросам ОТ и ПБ;

- система контроля исполнения документов по ОТ и ПБ;

- список работников с антропометрическими данными с указанием образования, профессии (должности), места работы, общего стажа и стажа работы по данной профессии, сроков обучения с отрывом и без отрыва от производства, сроков и перечня полученной спецодежды и средств индивидуальной защиты, сроков прохождения медицинских осмотров, о перенесенных заболеваниях или полученных увечьях, о допущенных нарушениях правил охраны труда и промышленной безопасности, семейного положения;

- перечень рабочих мест с указанием санитарно-гигиенических условий труда по каждому объекту;

- перечень объектов по каждому структурному подразделению с указанием характеристик по организации санитарно-бытового обслуживания работников в соответствии с требованиями норм;

- наименование всех структурных подразделений с указанием объектов, перечня и количества профессий и должностей работников по каждому объекту и структурному образованию.

Для дополнений и исправлений базы данных, а также для работы с информацией ограниченного пользования АСУ ПБ должна предусматривать санкционированный вход.

АСУ ПБ должна обеспечивать фактографический поиск и выдачу информации на экран и принтер по ключевым словам.

АСУ ПБ должна функционировать в сетевом варианте с задержкой актуализации базы данных не более 36 часов.

5.4.2 Обеспечение безопасности производственных процессов.

Безопасность производственных процессов, безопасные и здоровые условия труда должны обеспечиваться планомерным и систематическим проведением комплекса организационных, социальных, технических и финансово-экономических мероприятий, в том числе:

- четким распределением функций, задач и ответственности различных структур как по вертикали, так и по горизонтали;

- обязательным характером регламентных работ;

- обязательностью первоочередного финансирования мероприятий по промышленной безопасности и охране труда отдельной строкой, организацией бухгалтерского учета расходования выделенных средств;

- обязательностью соответствия производственных процессов и проводимых различных мероприятий нормативным требованиям, принятием критериев для количественной оценки результатов в области охраны труда и промышленной безопасности;

- организацией обучения и систематическим повышением квалификации работников;

- созданием нормальных санитарно-бытовых и санитарно-гигиенических условий труда для работников, эффективной системы медицинского обслуживания, обеспечением работников специальной одеждой, а также средствами индивидуальной и коллективной защиты;

- организацией работ по обеспечению промышленной безопасности, безопасных и здоровых условий труда;

- организацией эффективной системы контроля, действующей совместно с системой материального стимулирования;

- принятием гибкой системы определения и четким распределением обязанностей и ответственности должностных лиц и исполнителей по обеспечению безопасности при ведении производственно-технологических процессов и других действий в интересах производства.

Распределение функций, задач и ответственности различных структур как по вертикали, так и по горизонтали организации работ по обеспечению безопасности производственных процессов, безопасных и здоровых условий труда предусматривает перечень задач, которые должны решаться на том или ином иерархическом уровне управления.

Распределение функций, задач и ответственности различных структур по горизонтали организации работ по обеспечению безопасности производственных процессов, безопасных и здоровых условий труда допускает гибкое распределение функций между структурами или службами одного уровня, позволяя делать это с учетом специфических особенностей каждой организации или структурного образования.

Организация работ по обеспечению промышленной безопасности, безопасных и здоровых условий труда должна содержать в своем составе и предусмотреть планомерное и систематическое проведение:

- предупредительно - профилактических работ;

- работ по обеспечению надежности и безопасности оборудования, зданий и сооружений;

- работ по обеспечению безопасности видов работ или направлений производственной деятельности.

В каждой организации разрабатывается Полный перечень видов оборудования, зданий и сооружений, видов работ и направлений производственной деятельности, обеспечение безопасности которых должно осуществляется в пределах требований действующих руководящих и нормативных документов, общих для данной группы оборудования, видов работ или направлений производственной деятельности.

Полный перечень видов оборудования, зданий и сооружений, видов работ и направлений производственной деятельности утверждается одним из первых руководителей организации.

Полный перечень видов оборудования должен охватить следующий обязательный минимум:

- средства и системы контроля, защиты и централизованного управления технологическими процессами,

- линейную часть магистральных нефтепроводов;

- резервуарные парки;

- электротехническое оборудование;

- механо-технологическое оборудование;

- грузоподъемные краны, машины и механизмы;

- сосуды и емкости, работающие под давлением;

- оборудование систем теплоснабжения;

- автотранспорт и спецтехника;

- здания и сооружения.

В зависимости от модификаций и видов оборудования и других специфических обстоятельств перечень видов оборудования может быть увеличен (например, оборудование газового хозяйства, электрогазосварочное оборудование, оборудование резервуарных парков и т.д.).

Перечень видов оборудования должен охватить весь комплекс оборудования, их однозначное отнесение к той или иной группе и дать четкие границы раздела на стыках между различными видами оборудования;

Перечень видов работ и направлений производственной деятельности, входящий в Полный перечень, должен охватить следующий обязательный минимум:

- диспетчерское управление магистральными нефтепроводами;

- обеспечение единства измерений, стандартизации и качества продукции;

- производство опасных и особо опасных работ;

- аварийно-восстановительные работы;

- производство общеремонтных работ;

- производство строительных и ремонтно-строительных работ;

- перевозка грузов и пассажиров;

- обеспечение материально-техническими ресурсами, хранение материалов и оборудования;

- производство работ с привлечением сторонних организаций;

- производство работ на объектах сторонних организаций.

В зависимости от обстоятельств и специфических особенностей производственных процессов количество видов работ решением руководства организации может быть увеличено (например, производство подводно-технических, буровзрывных и других работ).

Перечень видов работ должен охватить весь комплекс работ и направлений производственной деятельности, их однозначное отнесение к той или иной группе и дать четкие границы раздела между смежными направлениями деятельности.

Диагностика технического состояния оборудования, машин и механизмов, средств автоматики, контроля, защиты и управления, зданий и сооружений осуществляется по перечню, утвержденному главным инженером АО. В этот перечень в обязательном порядке включаются магистральные трубопроводы резервуары и насосные агрегаты перекачивающих станций;

Испытания оборудования, машин и механизмов, средств автоматики, контроля, защиты и управления, зданий и сооружений, СИЗ осуществляется по перечню, разработанному в соответствии с требованиями нормативных документов и утвержденному главным инженером АО.

Испытания оборудования, машин и механизмов, средств автоматики, контроля, защиты и управления, зданий и сооружений, СИЗ осуществляются:

- при вводе в эксплуатацию после завершения строительно-монтажных, аварийно-восстановительных или ремонтных работ;

- периодически в соответствии с требованиями нормативных документов или технических условий эксплуатации;

- при выявлении неполадок или сбоев в работе оборудования, средств автоматики, контроля и управления, при предстоящих изменениях технологических режимов в сторону увеличения их напряженности;

- с целью выявления работоспособности новых технологий, оборудования, СИЗ и т.д., впервые применяемых в условиях нефтепроводного транспорта.

5.5 Выбор молниеотводов для защиты объектов производства

Исходя из общих соображений, выбор типа и высоты молниеотводов производится исходя из значений требуемой надежности Р_з. Объект считается защищенным, если совокупность всех его молниеотводов обеспечивает надежность защиты не менее Р_з.

Во всех случаях система защиты от прямых ударов молнии выбирается так, чтобы максимально использовались естественные молниеотводы, а если обеспечиваемая ими защищенность недостаточна - в комбинации со специально установленными молниеотводами.

В общем случае выбор молниеотводов должен производиться при помощи соответствующих компьютерных программ, способных вычислять зоны защиты или вероятность прорыва молнии в объект (группу объектов) любой конфигурации при произвольном расположении практически любого числа молниеотводов различных типов.

При прочих равных условиях высоту молниеотводов можно снизить, если вместо стержневых конструкций применять тросовые, особенно при их подвеске по внешнему периметру объекта.

Если защита объекта обеспечивается простейшими молниеотводами (одиночным стержневым, одиночным тросовым, двойным стержневым, двойным тросовым, замкнутым тросовым), размеры молниеотводов можно определять, пользуясь заданными в настоящем нормативе зонами защиты.

В случае проектирования молниезащиты для обычного объекта, возможно определение зон защиты по защитному углу или методом катящейся сферы согласно стандарту Международной электротехнической комиссии (IEC 1024) при условии, что расчетные требования Международной электротехнической комиссии оказываются более жесткими, чем требования настоящей Инструкции.

Типовые зоны защиты стержневых молниеотводов

Зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h₀ < h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниеотвода (рисунок 5.1). Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h₀ и радиусом конуса на уровне земли r₀.

Приведенные ниже расчетные формулы (таблица. 5.1) пригодны для молниеотводов высотой до 150 м. При более высоких молниеотводах следует пользоваться специальной методикой расчета.

Рисунок 5.1 - Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: h - вертикальная ось молниеотвода; h₀ - высота конуса; h_х - необходимая высота; r₀ - радиус конуса; r _х - радиус горизонтального сечения

Для зоны защиты требуемой надежности (рисунок 5.1) радиус горизонтального сечения r_x на высоте h_x определяется по формуле:

(5.1)

Подставив в вышеописанную формулу требуемые значения, получаем необходимые данные.

Таблица 5.1

Расчет зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода

Надежность защиты Рз	Высота молниеотвода h, м	Высота конуса h0, м	Радиус конуса r0, м
0,9	От 0 до 100	0,85h	1,2h
	От 100 до 150	0,85h	[1,2-10-3(h-100)]h
0,99	От 0 до 30	0,8h	0,8h
	От 30 до 100	0,8h	[0,8-1,4310-3(h-30)]h
	От 100 до 150	[0,8-10-3(h-100)]h	0,7h
0,999	От 0 до 30	0,7h	0,6h
	От 30 до 100	[0,7-7,1410-4(h-30)]h	[0,6-1,4310-3(h-30)]h
	От 100 до 150	[0,65-10-3(h-100)]h	[0,5-210-3(h-100)]h



6. Правонарушения в России в области трубопроводного транспорта

На линейных участках магистральных трубопроводов ежегодно фиксируются сотни незаконных подключений с целью хищения перекачиваемого продукта [9, 10]. Об уровне ущерба от этих правонарушений можно судить по следующим данным. В 2003 году совокупные потери российских нефтегазовых компаний от краж нефтепродуктов составили по приближенным оценкам порядка 3% транспортируемого продукта [11]. По данным электронного издания «Агентство федеральных расследований «FreeLance Bureau» за период с 2002 по 2005 г. вокруг только Новокуйбышевского нефтеперерабатывающего завода было выявлено 177 несанкционированных врезок в продуктопроводы, годовые потери от них составили не менее 8 тыс. тонн нефтепродуктов. В Китае в 2005 г. арестовано 2,9 тыс. человек за несанкционированные врезки, ущерб от хищения нефти составил 124,6 млн. долл. [12].

Тревожны и приводимые оценки показателя прироста таких правонарушений: в России 2 % в год, в Казахстане только по компании «КазТрансОйл» за последние 6 лет число врезок возросло в 13 раз [10, 11]. То есть противодействие этому виду правонарушений является недостаточным или неэффективным.

6.1 Решение экономической проблемы

Руководство правоохранительных структур Китая видит решение проблемы через ужесточение наказания за хищение нефтепродуктов вплоть до введения смертной казни [12]. В России подписан Указ президента «О создании комплексной системы обеспечения безопасности населения на транспорте» (31.03.2010), предусматривающий предотвращение чрезвычайных ситуаций и террористических актов на транспорте.

Поставленную в Указе задачу в части трубопроводного транспорта нельзя выполнить, не располагая системой защиты магистральных трубопроводов от преднамеренных угроз: врезки в продуктопровод, установки боеприпасов для совершения террористических актов, нарушения режимов перекачки по информационным каналам управления, формирования ложных сигналов «утечек» для «ослепления» используемых виброакустических систем контроля целостности трубы и т.д.

Достаточно, например, установить «генератор утечек» под изоляцию, чтобы парализовать работу службы безопасности на длительное время.

На сегодняшний день обозначен примерный состав такой системы: комплекс радиолокационной разведки, стационарная система датчиков, беспилотный летательный аппарат с телекамерами на борту, центр сбора данных [13]. Обоснованность использования перечисленных подсистем и алгоритм взаимодействия между ними отсутствуют.

6.2 Обоснование возможного облика комплексированной системы защиты магистральных трубопроводов от преднамеренных угроз

Идея комплексирования состоит в том, что, если вероятность обнаружения искомого события с использованием его описания в конкретном пространстве признаков не удовлетворяет потребителя и дальнейшее увеличение этой вероятности сопряжено с весьма значительными затратами, следует искать дополнительный независимый признак. Совокупность таких признаков позволяет получить нужный эффект с меньшими потерями. Действительно, исходя из общей теоремы о повторении опытов можно проиллюстрировать достижение нужного результата, при последовательном увеличении числа информативных независимых признаков, анализируемых системой обнаружения (таблица 6.1).



Таблица 6.1

Данные по иллюстрации эффективности комплексированных систем

Вероятность обнаружения события:
по одному признаку	по двум признакам	по трем признакам	по четырем признакам
0,100	0,190	0,270	0,340
0,500	0,750	0,870	0,930
0,900	0,990	0,995	0,999

Если каждый из признаков обеспечивает обнаружение событий с вероятностью 0,1, то при использовании всех четырех эта цифра увеличивается до 0,34.

6.3 Контуры комплексированной системы рассматриваемого назначения

Совершению правонарушения предшествует этап подготовительных работ. Он включает конкретизацию места реализации замысла и проведение земляных работ (для заглубленных трубопроводов). Признаком опасности для собственника трубы служит время нахождения субъекта в полосе пролегания продуктопровода. Для получения такой информации предложено применить сейсмическое средство обнаружения с передачей зарегистрированных сигналов по радиоканалу в центр принятия решений [14].

Главным препятствием на пути внедрения сейсмических (так и телевизионных) охранных систем является неприемлемая дальность обнаружения пешехода. С помощью точечных датчиков шаги человека регистрируются на расстоянии 20-100 м.

С учетом их стоимости (для оснащения нефтепроводной системы страны потребуется более 1млн. датчиков) затраты на это мероприятие будут исчисляться миллиардами. Затраты такого же порядка необходимы при переходе на распределенные датчики (трибоэлектрический, оптоволоконный), приведенные в таблице 6.2.

Таблица 6.2

Стоимость сейсмодатчиков

Тип датчика	Дальность обнаружения, м	Стоимость, руб
Геофон ВС-120	До 20	17 000
Молекулярно-электронный датчик МЭД МЕТР 04	50-100	50 000
Молекулярно-электронный датчик МЭД MTSS-2003	50-100	35 000
Оптоволоконный (440 м)	-	44 000

С учетом приведенной информации сейсмические средства регистрации подготовительных работ на магистральных трубопроводах могут найти применение для охраны критически важных объектов (насосных станций, удобных для совершения правонарушения участков и т.д.). Однако, следует учитывать возможность формирования ложных сигналов заинтересованными лицами. Во избежание блокирования работы охранной системы такими сигналами необходима дополнительная информация, переносимая, например, видеоизображениями. Автоматическая расшифровка изображений подобного класса не сложная задача. Комлексирование сейсмического и телевизионного каналов обнаружения преднамеренных угроз работе трубопровода на стадии подготовки операции снимает проблему реагирования на ложные атаки и повышает надежность расшифровки истинных замыслов находящихся на трассе пролегания трубопровода субъектов. В малолюдной местности с низкой плотностью животного мира предпочтительно использовать обрывные (микропровод) средства [14].

Своеобразным дополнением этой подсистемы обнаружения является аналитическая и агентурная разведка, основанная на результатах непрерывного мониторинга информационных источников различного вида и позволяющая во многих случаях установить время и место готовящегося правонарушения [15].

Второй этап определяют факторы взаимодействия злоумышленника с трубой. При осуществлении врезки проводится ликвидация изоляции, сверление трубы, удары по ней. Каждый из отмеченных воздействий порождает упругую волну, распространяющуюся по трубопроводу [16]. Регистрация этой волны служит сигналом о произошедшем взаимодействии нарушителя с трубой, распознавание формы сигнала позволяет выявить вид взаимодействия: сверление, удар и др. На сегодняшний день это направление считается наиболее перспективным в борьбе со злоумышленниками на магистральных продуктопроводах [13]. Однако, практика применения виброакустического канала выявила ряд проблемных вопросов.

Оболочка трубы является источником шума. Шум формируется под влиянием многочисленных причин, отражающих взаимодействие перекачиваемого продукта с оболочкой трубопровода: состояние и режим работы перекачивающего оборудования, влияние внешних источников сейсмических колебаний и др. Шумовой процесс не стационарен. Не стационарность обусловлена действием нескольких причин:

- сменой режима работы перекачивающего оборудования со средней частотой порядка (12 ч)^-1;

- появление неисправностей в перекачивающем оборудовании со средней частотой (неделя)^-1;

- появлением утечек перекачиваемого продукта (месяц)^-1;

- кратковременными помехами искусственного происхождения (ремонтные работы на трассе, проходящие транспортные средства и пр.) со средней частотой (20-100 ч)^-1 в зависимости от места залегания трубопровода.

Во избежание снижения вероятности обнаружения сигнала на нестационарном фоне приходится прибегать к изощренным техническим решениям, усложняющим систему принятия решений. Другое ограничение виброакустического канала - расстояние надежного обнаружения упомянутых выше сигналов. Оно определяется коэффициентом затухания волны и шумом оболочки трубы и в существующих охранных системах составляет ~330 м. Имеются данные о применении на территории России отечественных автоматических систем обнаружения утечек «Магистраль», «Кап-Канн», «Интелкон», СНКГ Н-2 [15]. Принцип действия указанных систем - выделение сигналов, возникающих при механическом воздействии на оболочку трубы и при ее коррозионном прорыве, на фоне акустических шумов объекта контроля. Декларируемый диапазон данных по расстоянию между датчиками составляет 150-500 м. Информация о вероятностях пропуска сигнала и ложной тревоги не проводится.

6.4 Пути улучшения системы

Известно, что амплитуда упругой волны при распространении в среде уменьшается с расстоянием по закону:

, (6.1)

где r - расстояние от источника сигнала до приемника, м,

t - время, с,

- комплексная постоянная распространения,

u₀ - амплитуда исходной волны. В сферической волне ее ослабление происходит обратно пропорционально расстоянию (1/r, b =1). Для плоской волны b стремится к 0, для цилиндрической волны b =0,5 [13].

Приведенная формула дает основание сделать вывод о сильной зависимости затухания волны от ее частоты. Этот вывод конкретизируют экспериментальные данные, приведенные на рисунке 6.1, на котором градация условна [16].



Рисунок 6.1 - Зависимость изменения отношения шум/сигнал от расстояния распространения упругой волны на оболочке трубопровода

Из них следует, что путь к созданию экономически выгодной системы охраны трубопроводов лежит через использование низкочастотного диапазона упругих колебаний. Если по приведенным данным спрогнозировать ход кривой на частоте 1 кГц, то есть надежда довести расстояние между датчиками до 3-5 км - границе, определяющей позитивное восприятие этого вида охраны магистральных трубопроводов их собственником. Сделанный вывод подтверждает информация, размещенная в [16] с описанием системы компании ASI - WaveAlert ALDS по обнаружению течи в трубопроводе. Система построена на использовании низких частот (диапазон не указан), что позволило разместить датчики на расстояние 50км друг от друга. Принцип действия системы четко не прописан и нет возможности анализировать достоверность приводимых данных.

По завершению несанкционированных работ их следы тщательно маскируются. Процент не зарегистрированных на первых двух рассмотренных выше этапах нарушений на объекте контроля в литературе не отражен. Приведенные в начале статьи сведения позволяют сделать заключение, что он значителен. Поэтому приходится прибегать к услугам обходчика. Недостатки технологии «патрульного контроля»: низкая оперативность и недостаточная надежность обнаружения замаскированных целей.

Для устранения этих недостатков предложено проводить осмотр трассы с летательного аппарата. Из известных на сегодняшний день систем только радиолокационные и оптические позволяют реализовать наблюдение на расстояниях свыше 100 м. Сопоставление параметров этих систем по разрешающей способности позволяет отдать предпочтение оптическим приборам. При зондировании в 3-миллиметровом радиодиапазоне длин волн разрешающая способность антенн диаметром порядка 1,5 м составляет миллирадианы, для оптических приборов с диаметром оптики 0,3 м - доли миллирадиана. На дистанции 100 м зондирующее пятно будет иметь диаметр около 1 м для радиолокатора и порядка миллиметра для оптических систем. Под поверхностные включения интересующих нас размеров в разноволновом диапазоне не выявляются [9], в тепловом диапазоне оптического диапазона волн проявляются достаточно четко [12]. В окне прозрачности атмосферы л?8;14мкм контраст «объект-фон» определяется двумя составляющими:

(6.2)

где ₈ - излучательный,

T - температурный контраст «объект-фон» на подстилающей поверхности,

₈ - средняя степень черноты фона,

T_ф - средняя температура фона.

Для хорошо замаскированных траншей отведения продукта радиационный контраст может отсутствовать: (Де / е_ф ) = 0. Только температурная составляющая м_Т=Д Т / (Т?А_Т ) демаскирует объект. Выход перекачиваемого продукта на поверхность (в результате утечки) приводит к формированию оптического Де / е_ф и температурного ДТ /Т _ф контрастов.

Несмотря на значительный период времени, прошедший после демонстрации тепловых снимков с изображениями мест утечек нефти из трубопроводов, широкое внедрение средств тепловой разведки местности в нефтегазовом комплексе не наблюдается. Основная причина тому: составляющая контраста м_T, функция времени, имеющая достаточно сложный характер и меняющаяся в течение суток от положительных до отрицательных значений. Аналогичный вывод следует и при исследовании дисперсии помех [15]. Поэтому алгоритмы обнаружения полезных сигналов на меняющихся во времени фонах сложны. Существует необходимость проведения дополнительных исследований по улучшению их показателей.

Другой ключевой вопрос воздушной разведки состояния трубопровода состоит в автоматизации процесса обнаружения заданных целей. Можно показать, что при обзоре полосы в 60 м, разрешаемом на подстилающей поверхности пикселе в 0,1 м, отношении сигнал/помеха равном 5 и ряде других типичных параметрах, используемых при построении движущегося изображения, скорости полета будут располагаться в диапазоне 30-100 км/ч. В противном случае в силу особенностей зрительной системы будут происходить пропуски целей. Поэтому при ведении воздушной разведки операция обнаружения искомых объектов на трассе пролегания трубопровода должна быть автоматизирована.

Таким образом, комплексированная система защиты магистральных трубопроводов от преднамеренных угроз в полном комплекте должна содержать четыре звена:

- информационная разведка;

- сейсмическая разведка;

- виброакустическая разведка;

- тепловая разведка.

Кроме того, процесс обнаружения искомых целей необходимо автоматизировать.

На рисунке 6.2 представлена структурная схема системы, решающей перечисленные задачи.



Рисунок 6.2 - Структурная схема комплексированной системы защиты магистральных трубопроводов от преднамеренных угроз: 1 - подземный трубопровод; 2 - виброакустический датчик; 3 - информационный кабель управления процессом перекачки; 4 - сейсмический датчик; 5 - воздушный носитель оптического оборудования

Сейсмодатчики 4 образуют первый эшелон защиты трубопровода. Вероятность обнаружения несанкционированных работ растет с уменьшением расстояния между ними. Однако, увеличению их числа противодействуют экономические причины. Поэтому выбор ключевого параметра - плотности установки датчиков на единицу длины определяется через минимизацию расходов на систему в целом. Информация с сейсмодатчиков по каналу телемеханики 3 поступает в блок обработки данных, в котором формируется оценка вероятности начала не санкционированных работ. По этой вероятности служба безопасности принимает решение о дальнейших действиях. В комплексированной системе указанная вероятность используется либо в качестве априорной информации при принятии решений в соответствии со стратегией Байеса, либо для подсчета вероятности атаки в алгоритме повторения опытов. Возможны и другие варианты ее применения в алгоритмах принятия решений.

При наличии данных по каналу информационной разведки апостериорная вероятность атаки по сейсмическому каналу переводится, например, по формуле гипотез Байеса в вероятность гипотезы «атака», которая, в свою очередь, используется в качестве априорной вероятности в алгоритме принятия решения по информации с двух каналов: сейсмического и виброакустического.

Второй эшелон защиты объекта контроля строится применением виброакустических датчиков 2, связанных по каналу телемеханики 3 с блоком обработки данных. В рамках статистической процедуры принятия решений на выходе канала формируется вероятность факта несанкционированного взаимодействия субъекта с трубой. В более сложном варианте построения блока удается распознать вид взаимодействия: земляные работы, удаление изоляции и др. Выход канала подключен к блоку принятия решений, построенному с использованием одного из известных алгоритмов классификации (обнаружения). Принятое положительное решение о несанкционированных работах реализуется во внеочередном вылете летательного аппарата (с экономической точки зрения предпочтителен беспилотный аппарат 2) к месту генерации тревожного сигнала.

Помимо проверки на наличие работ в обозначенном по другим каналам участка трассы ведется поиск нарушений по всей трассе полета воздушного средства. Регистрируемая в оптическом диапазоне волн информация по выделенному каналу передается на диспетчерский пункт (блок обработки данных), в котором проводится автоматическое обнаружение и идентификация обнаруженных целей.

Результаты обработки передаются в службу быстрого реагирования и выступают в качестве априорной информации для первых двух каналов обнаружения нарушителя.

Таким образом, принцип комплексирования рассмотренных каналов обнаружения несанкционированных работ - «работа по кольцу». Имитационное моделирование функционирования системы в целом подтвердило ее эффективность.



6.5 Экономическая оценка эффективности системы

При наличии канала информационной разведки выявленные данные о причастности сотрудников к планируемым или прошедшим правонарушениям на трассе пролегания магистральных трубопроводов поступают в кадровое управление. На рисунке 6.1 отражается желание разработчика минимизировать совокупные расходы собственника на приобретение системы и компенсацию затрат от пропущенных атак и ложных решений при ее использовании.

Известно, что для любой системы соблюдается общий принцип: чем больше расходов несет потребитель при создании и эксплуатации системы, тем больших успехов он добивается при достижении поставленных целей. Особенность применения к рассматриваемому приложению этого принципа иллюстрируется на рисунке 6.3.

По оси ординат отложены расходы, которые несет хозяйствующий субъект по защите трубопроводной системы (кривая 1) и по ликвидации потерь от пропущенных атак (кривая 2). Суммарные потери субъекта характеризует кривая 3. Ось абсцисс отражает степень защиты объекта, измеряемую в диапазоне 0-100% или 0-1.

Точка минимума определяет рациональный уровень защиты объекта от внешних и внутренних атак при использовании экономического критерия. Степень защиты I = f (N₂, б, в) - функция числа защитников N₂, их квалификации б, уровня используемых технических и программно аппаратных средств в.

Ее можно определить, базируясь на модели сражения Ланкастера. В качестве оснащенности противоборствующих сторон в модели принимаются коэффициент в (и в' для нападающих), за численность сторон берутся аргументы бN₂ и бN₁ соответственно, где N₁ - число успешных атак. В упрощенном (иллюстрированном) варианте значение I можно оценить следующим образом.

Рисунок 6.3 - Иллюстрация рационального принципа защиты объекта по экономическому критерию: 1 - расходы, направленные на защиту объекта; 2 - потери от пропущенных атак на объект; 3- суммарные потери обладателя объекта

Принимаем отношение «потери от атак/расходы на защиту» равным нулю. Тогда:

(6.3)

Собственник объекта определяет, при каком превышении потерь над затратами n защита не признается сколь-либо значимой (I = 0). При линейной зависимости I (n), где n = 10 оптимальное значение, I_opt=0,9 , а отношение (расходы/потери) = 1. Текущие расходы и потери в организации должны быть известны. Все эти данные дают возможность оценки существующей степени защиты объекта I_t, требуемых ресурсов для перехода в режим I_opt, уровня квалификации защитников б и их числа N2, вида используемых для противоборства технических и программных средств.

Более общий подход к решению рассмотренной задачи следует при использовании обобщенного соотношения прироста атак на объект защиты [13]

(6.4)



где (D/Р) - отношение среднего дохода правонарушителя от проведенной операции к расходу на ее проведение;

НЗ₉₀/НЗ_t - нравственное здоровье населения страны (региона) соответственно в 90-х годах и в анализируемый период.

Функция K₁(D/ P) характеризует степень «алчности» общества - долю населения, готовую пойти на правонарушения в зависимости от ожидаемого дохода и имеющего достаточный уровень знаний для совершения преступления в рассматриваемой сфере деятельности. Очевидно, при (D/P)=1 значение функции K₁ (D/P)=0 (нет смысла в проведении операции, не получив какой-либо прибыли). Кривая K₁(D/ P) имеет область насыщения, когда исчерпывается потенциальный ресурс членов общества, способных совершить правонарушение рассматриваемого вида (нет достаточных знаний, законопослушные члены общества, собственники объекта нападения и др.). Для разных сообществ, характеризуемых разным сочетанием ограничивающих факторов, форма кривой сохраняется, меняются коэффициенты описывающей функции:

K₁ (D/P)=a/[1+в?exp(?c?D/P)] ,(6.5)

где a - коэффициент, определяющий часть общества, способных совершить правонарушение из корыстных интересов.

Коэффициенты а, в, с определяются экспертными технологиями с учетом валового внутреннего продукта на душу населения. Варианты поведения функции K₁ (D/P) приведены на рисунке 6.5.



Рисунок 6.4 - Варианты поведения функции K₁ (D/P): 1 - бедное население; 2 - население среднего достатка;3 - богатое население

Функция K₂ (НЗ₉₀ /НЗ_t ) характеризует законопослушность населения, его культурный уровень и законодательную базу по борьбе с обозначенным выше видом преступлений. Перечисленные факторы представлены в интегральном показателе НЗ_t, для оценки которого используется так называемый «индексный метод объединения разнородных показателей» [14]. Число таких показателей доходит до 40. Варианты кривых K₂(НЗ₉₀ /НЗ_t ) приведены на рисунке 6.5.

Они построены исходя из предположения, что в 90-м году нравственное здоровье общества находилось на уровне, исключающем прирост правонарушений на трубопроводном транспорте, (dN₁ (t)/dt)=0. Данное условие выполняется при НЗ₉₀=НЗ_t и K₁ (D/ P)=K2 (НЗ₉₀ /НЗ_t). При НЗ₉₀/НЗ_t < 1 поведение кривых в зависимости от сложившегося общественного строя в опорном году может изменяться по одной из приведенных на рисунком 6.5 траекторий. В идеализированном варианте (кривая 3) справедливо:

(6.6)

и соотношение (6.4) преобразуется к виду:



.(6.7)

Рисунок 6.5 - Варианты поведения функции K2 (НЗ₉₀/НЗ_t): 1 - тоталитарное общество; 2 - типичный вариант; 3 - идеализированный вариант; 4 - демократическое общество

По регистрируемому dN₁ (t) / dt, текущим расходам и потерям (рисунок 6.2), определяемому по экспертным технологиям значению D/P и отслеживаемому отношению НЗ₉₀/НЗ_t дается оценка I. По описанному выше алгоритму оценивается оптимальный показатель I_opt, определяющий требования к вероятностям обнаружения атак и ложной тревоги разрабатываемой охранной аппаратуры.

Тенденция роста несанкционированных работ на магистральных трубопроводах обозначилась достаточно четко и обосновывается причинами системного характера. Общесистемные законы роста в общественных структурах имеют экспоненциальный характер и игнорировать наметившуюся тенденцию дальше было бы неправильно.

На сегодняшний день в России нет эффективных инструментов по стабилизации правонарушений на трубопроводном транспорте, кроме созданной системы безопасности. Однако, уровень ее технической оснащенности не достаточен, чтобы замедлить положительную динамику прироста атак на продуктопроводы.

Заметным шагом в решении рассмотренной проблемы было бы создание комплексированной системы защиты, включающей взаимодействующие друг с другом сейсмический, виброакустический и оптический каналы получения информации о состоянии трубопроводной системы. Чтобы этот «процесс пошел», необходимо показать собственнику объекта, что применение такой системы экономически выгодно. В статье обоснован подход к решению этой задачи.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Реализация комплексной программы строительства магистрального продуктопровода «Вынгапуровский газоперекачивающий завод - Наливная железнодорожная эстакада широкой фракции легких углеводородов в районе города Ноябрьск» в Ямало-Ненецком АО является одним из элементов развития Западно-Сибирского нефтехимического кластера, предусмотренного государственным планом развития газо- и нефтехимии России на период до 2030 года.

Ввод продуктопровода в эксплуатацию позволит обеспечивать до 20% расширения транспортных возможностей по доставке ШФЛУ из ЯНАО на газофракционирующие мощности, расположенные в Уральском федеральном округе, дополняя существующие железнодорожные и трубопроводные транспортные каналы.

Расширение сети продуктопроводов, научное обеспечение этой сферы, обеспечение высокой, непрерывной пропускной способности, высокой надёжности, безопасности функционирования, эффективного упреждения несанкционированного доступа, криминальных врезок и др. без преувеличения относятся к проблеме национальной безопасности.

В комплексном дипломном проекте мною была произведена адаптация аддитивности статического и динамического расчетов применительно к продуктопроводу, что позволило произвести правильный подбор оборудования измерения давления перекачиваемого продукта. Это в свою очередь повышает эффективность использования данных средств измерения, с целью измерения давления.

Для обеспечения бесперебойности технологического процесса и повышения технико-экономических показателей обосновано внедрение системы обнаружения утечек.

По результатам патентного поиска и анализу выявленных аналогов уже существующих патентов сделан вывод о рентабельности в применении предложенной системы контроля давления. Также произведен анализ производственных вредностей и потенциальных опасностей.

Осуществление непрерывного внутритрубного контроля и диагностики в реальном времени, дефектоскопии технического состояния продуктопроводов без прерывания их устойчивого функционирования на примере проектируемого продуктопровода можно рекомендовать для любого магистрального нефте-нефтепродуктопровода.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. - Взамен СНиП II-45-75; Введ. 01.01.1986. - М.: Изд-во стандартов, 1997. - 118 с.

2. ГОСТ 10704-91. Трубы стальные электросварные прямошовные.- Введ. 01.01.1992. - М.: Изд-во стандартов, 1995. - 32 с.

3. ГОСТ 24950-81. Отводы гнутые и вставки кривые на поворотах линейной части стальных магистральных трубопроводов. Технические условия= Bent branches and elbows at line bends for transmission steel. Pipelines specifications. - Введ. 01.07.1982. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 68 с.

4. ГазТУ 102-488-05. Тройники штампосварные, отводы штампосварные, днища штампованные, переходы штампованные, кольца переходные. - Взамен ТУ 102-488-95; Введ. 01.01.2005. - М.: ВНИИГАЗ, 2005. - 22 с.

5. ВСН 008-88 Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Противокоррозийная и тепловая изоляция. - Введ 01.01.1989. - М.: Миннефтегазстрой, 1989. - 55 с.

6. Эрастов, В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебное пособие. - Томск:, 2003. - 175 с..

7. Пронкин, Н.С. Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям: учеб. Пособие для вузов.- Москва: Логос; Университетская книга, 2007. - 392 с.

8. Тугунов, П.И., Новеселов, В.Ф., Коршак, А.А., Шаммазов, А.М. Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов. Учебное пособие для ВУЗов. - Уфа: ООО «Дизайн-ПолиграфСервис», 2002.-658 с.

9. Операция «Нефть» // Нефть и капитал, 2002. №11. С.70-72.

10. Кражи нефтепродуктов из магистральных нефтепроводов становятся все более развитым преступным бизнесом / Транспортный портал Санкт-Петербурга

11. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды РФ в 2003 г. / Министерство природных ресурсов и экологии РФ

12. В Китае могут ввести смертную казнь за несанкционированную врезку в нефтепроводы / FINANCE.UA

13. Панчук В.Ф., Панчук Д.В. Комплексная система технической защиты трубопроводов от несанкционированного доступа и локализации мест утечки транспортируемого продукта / Патент на полезную модель RU59200U1, МПК F17D5/02, 2006.01.

14. Сигнализационный автономный комплекс (СК) «Радиобарьер» / ООО «ПОЛЮС-СТ»