Анализ риска аварийных разливов нефти для наземного магистрального нефтепровода

АНАЛИЗ РИСКА АВАРИЙНЫХ РАЗЛИВОВ НЕФТИ ДЛЯ НАЗЕМНОГО МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА

Шубина Е. С.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия sec[AT]wekt.ru

Гурьев Е.С.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия ФГБУН НИЦ «Научно-инженерный центр «Надежность и ресурс больших систем и машин» УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия sec[AT]wekt.ru

Полуян Л.В.

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия ФГБУН НИЦ «Научно-инженерный центр «Надежность и ресурс больших систем и машин» УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия sec[AT]wekt.ru Трубопроводные системы накрывают 35 % территории страны, на которой проживает около 60 % населения страны. Самой крупной нефтепроводной системой в мире является трубопроводная сеть ОАО АК «Транснефть», которая имеет протяженность 46,8 тысяч километров со средним диаметром трубопроводов 860 миллиметров. Средняя дальность трубопроводной поставки нефти - 2000 км. На магистральных нефтепроводах действуют 395 насосных станций, резервуарные парки насчитывают 898 резервуаров общей вместимостью 13,1 млн. м3 [1].

Тесная связь трубопроводной системы с окружающей средой объясняется обширной географией трубопроводного транспорта, огромной протяженностью трубопроводов, которые пересекли все природно-климатические пояса, подземным и наземным расположением линейной части, а также размещением насосных и компрессорных станций в самых разных природных условиях. Как правило, взаимовлияние трубопроводных комплексов и природной среды носит негативный характер.

Анализ статистических данных по авариям на МН показал, что более 60 % аварий происходит из-за несанкционированных врезок, которые сложно контролировать.

При анализе риска эксплуатации МН рассматриваются следующие типы отверстий истечения:

свищ - отверстие с площадью дефектного отверстия: £отв = 0,0072-S0;

отверстие - отверстие с площадью дефектного отверстия: £отв = 0,0448 S0;

гильотинный разрыв - отверстие на полное сечение трубопровода, где S0 - площадь сечения трубопровода.

Время истечения нефти на каждом периоде имеет свое значение и зависит от площади отверстия. Оно учитывает процессы, происходящие на данный момент с трубопроводом, и определяется согласно нормативным источникам. Следует отметить, что время каждого соответствующего периода истечения в разных источниках [2, 3, 4] отличается друг от друга.

При расчете истечения общий объем вытекшей нефти состоит из трех составляющих объемов: вытекшей нефти с момента обнаружения повреждения трубопровода до остановки перекачки, вытекшей нефти из трубопровода с момента остановки перекачки до закрытия задвижек и вытекшей нефти из трубопровода с момента закрытия задвижек до прекращения утечки [5].

В результате разлива нефти происходит загрязнение земли при ее насыщении, загрязняются подземные воды, испарение приводит к загрязнению атмосферы. Анализ методик расчета нефтяного загрязнения земли показал значительный разброс полученных значений. Это связано с тем, что в них принимаются различные допущения, приводящие при расчетах к значениям ущерба, отличающимся на порядок между собой.

В настоящей работе:

проведен анализ существующих методов расчета оценки риска аварийных разливов нефти при разных видах разгерметизации трубопровода;

разработан комплекс программ для практического использования при подготовке планов по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти.

разработана инженерная методик оценки риска при разливе нефти из МН, которая может быть использована при разработке планов по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов.

Библиографический список

Взаимовлияние систем трубопроводного транспорта и природной среды. URL: oilloot.ru/85- promyshlennaya-bezopasnost-okhrana-truda-ekologiya-strakhovanie-opasnykh-obektov/354- vzaimovliyanie-sistem-truboprovodnogo-transporta-i-prirodnoj-sredy (дата обращения: 10.03.2015)

Постановления Правительства Российской Федерации от 21.08.2000г. № 613 «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов» (в ред. Постановления Правительства РФ от 15.04.2002г. № 240)

Акимов В.А., Воробьев Ю.Л., Соколов Ю.И. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов

нефти и нефтепродуктов. М.: Ин-октаво, 2005. 386 с.

Методические основы проведения анализа риска и обоснования показателей промышленной и экологической безопасности для магистральных нефтепродуктопроводов: учебное пособие / В С. Сафонов [и др.]. М.: МАТИ, 2010. 183 с.

Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах (утв. Минтопэнерго РФ 1 ноября 1995 г.) 7 = a + b ln(V) (3)

где а и b - коэффициенты пробит, определяемые по экспериментальным данным методами регрессии, V = ttf (s).

В дальнейшем рассматривается уравнение вида [2]:

где Yim определяется из (4), (5) при I = Q1m, ttf = ttf (Xm) и Vr = Vr (Xm).

Случай 2. Задана априорная вероятность аварии для Xm, при наличии ЭД она будет возрастать. При введении в анализ для Xm априорной вероятности течи [3] и моделировании БС применяется логический элемент ИЛИ с помехами (noisy-OR gate). В таком случае, если детский узел находится под влиянием порождающих его узлов, не зависящих друг от друга, то общий эффект всех порождающих узлов на детский узел оценивается как

p(XPa( X )) = 1 - П( р„( x , (1 - P ) (7)

Здесь Р( - вероятность при условии, что порождающий i-ый узел для Х - истинный, а остальные узлы - ложные. Если априорная вероятность независимого порождающего узла для Х равна PL.ak, то вероятность X, с учетом всех порождающих его узлов, а также априорной вероятности, будет равна

P(x\Pa(X})= 1 -(1 - Рш )П( Ра(х) (1 - P) (8)

CPT для узла Xm приведена ниже.

Таблица 1

CPT для узла Xm

X,	X ^-m
	Авария	Сохранение целостности
Авария Сохранение	m Л * ka 1	1 -(1 - Puk ) - P,m ) (l - PL.ak )

Проверка возможности для элемента из группы (X2, X3), не выбранного в качестве вторичного элемента Xm и обозначенного как Xr (r = 2 или 3) стать наиболее вероятным третичным элементом. Сравнение интенсивности теплового излучения Qmr на элемент Xr (вследствие события PF в Xm) с предельным значением Qth. Превышение над Qth указывает на возможность элемента Xr стать наиболее вероятным третичным элементом X(pr ob. В противном случае учитывается синергетический эффект (совместное влияние X, и Xm на Xr) и рассчитывается общее тепловое излучение (Q1r + Qmr) на Xr от X, и Xm. Если Q1r + Qmr Qth, то

элемент Xr будет являться третичным элементом Xp3iOob, вовлеченным в случай ЭД (переход к третьему уровню).

Продолжение построения БС в AgenaRisk. Поскольку третичный элемент Xr находится под совместным воздействием X1 и Xm, его нужно связать с этими узлами в БС (как в подобной задаче [1] на рисунке, где вместо X,, Xm, введены T,, T2, T3).

Задание CPT в узле Xr. Вследствие того, что узел Xr имеет два порождающих узла X, и Xm, необходимо рассмотреть вероятность эскалации Xr из-за синергетического эффекта: P{Xr X,, Xm). С помощью метода noisy-OR gate (как и выше) можно рассчитать

P(r I X,, Xm ) 1 -(l - P„ )(l - Pmr) 114 где P„ = F(Xr \X, = PF), а P„ = p(x, X, = Pf).

Вероятности эскалации в P1r и Pmr в формуле (9) для всех состояний порождающих узлов X1 и Xm можно вычислить как

Pr = ф(^г - 5), Pmr = Ф(С - 5) (10)

Для представления и оценки вероятностей ЭД на разных уровнях нужно добавить к БС узлы, обозначающие первый и второй уровни (рис. 1). Чтобы имел место ЭД первого уровня, необходимо распространение повреждения в первичном элементе, по крайней мере, в один из соседних элементов. При рассмотрении ЭД на первом уровне узел DL1 соединяется с первичным элементом X1 и вторичным элементом Xm с помощью причинного ребра логического элемента И (AND-gate causal ars). Для ЭД первого уровня необходимо не только первичное событие X1, но и вторичное событие Xm. Согласно [1], вероятность ЭД первого уровня равна

Pp,r,t = P(DL ) = P(X. )p(x„ X.) (11)

Аналогично, для рассмотрения ЭД второго уровня вводится узел DL2 (рис. 1), тогда

PSecond = P(DL ) = P(DL)P(Xr ) (11)

Задание CPT в узлах DLi и DL2, отражающих p(dLj I Xj,Xm) и p(dL2 I DL1,Xr) ; вычисление вероятностей аварий для первого и второго уровня ЭД.

Измененный выше алгоритм используется для решения разнообразных задач оценки техногенного риска, связанных с вероятностью пожаров и взрывов на потенциально опасных объектах.

Библиографический список

Nima Khakzad, Faisal Khan, Paul Amuotte, Valerio Cozzani Domino effect analysis using Bayesian networks. Risk Analysis. 2013. vol. 33, No. 2, 292-306.

Cozzani V, Gubinelli G, Antonioni G, Spadoni G, Zanelli S. The assessment of risk caused by domino effect in quantitative area risk analysis. Journal of Hazardous Materials, 2005. 127 (1-3) 14-30.

Bobbio A, Portinale L, Minichino M, & Ciancamerla E. Improving the analysis of dependable systems by mapping ITs into Bayesian networks. Journal of Reliability Engineering and System Safety 2001. 249260.

Количество показов: 2018