CC BY
156,n,,.7m.,R -n XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1582 (print) XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY ISSN 2500-1574 (online)
БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
Научная статья УДК 658.345.3:681.3.01
DOI: https://doi.org/10.21285/2500-1582-2022-1 -36-50
Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки профессиональных рисков
Павел Алексеевич Наянов1, Елена Альбертовна Хамидуллина213 ,
12Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия
1Elena.irk.mail@lis.ru
2Elena.irk.mail@lis.ru
Аннотация. Рекомендации Министерства труда РФ по оценке профессиональных рисков включают 13 методов, среди которых - метод «галстук-бабочка». Работодатель выбирает метод оценки профессиональных рисков с учетом большого количества параметров, среди которых степень опасности выполняемых работ и возможные последствия реализации риска. Метод «галстук-бабочка» позволяет детализировать риски высокорисковых производственных операций и одновременно анализировать действенность барьеров безопасности. Цель исследования - применить метод «галстук-бабочка» для комплексной работы с профессиональными рисками, их оценки и разработки способов минимизации. Применение этого метода рассмотрено на примере работ, выполняемых при нефтедобыче. Проанализированы статистические данные Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору для выявления наиболее распространенных причин аварийных утечек углеводородов. Использовано моделирование с помощью деревьев происшествий, деревьев событий для сборки моделей «галстук-бабочка» и анализа барьеров безопасности. Данный метод для оценки риска аварийных выбросов углеводородов в процессе подготовки и перекачки нефти и газа применяли на нефтяных месторождениях. Разработано дерево происшествий для ситуации аварийного выброса углеводородов, обусловленной утечкой углеводородов из аппаратов, нарушением целостности трубопроводов и резервуаров, разгерметизацией фланцевых и сварных соединений. Приведены деревья событий с учетом особенностей оборудования, показаны возможности метода для оценки вероятностей как реализации опасностей, так и реализации соответствующих последствий. Разработаны барьеры безопасности, введение которых в модель «галстук-бабочка» позволяет разрабатывать способы минимизации рисков параллельно с их оценкой. Для рассмотренной ситуации аварийного выброса углеводородов модели «галстук-бабочка» показывают, что для обеспечения безопасности при производстве работ на установке подготовки и перекачки нефти и газа необходим целый комплекс современных систем безопасности.
Ключевые слова: оценка профессиональных рисков, метод «галстук-бабочка», барьеры безопасности, утечка углеводородов, подготовка нефти
Для цитирования: Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки профессиональных рисков // XXI век. Техносферная безопасность. 2022. Т. 7. № 1. С. 36-50. https:// doi.org/10.21285/2500-1582-2022-1-36-50.
HUMAN LIFE SAFETY
Original article
The bow tie method in assessing occupational risks
Pavel A. Nayanov1, Elena A. Khamidullina2H
12Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
1Elena.irk.mail@lis.ru
2Elena.irk.mail@lis.ru
Abstract. The Ministry of Labor recommendations for assessing occupational risks suggest 13 methods, among which is the bow tie technique. The employer chooses a method for assessing occupational risks,
© Наянов П. А., Хамидуллина Е. А., 2022
36
https://tb.istu.edu/jour/index
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки ... Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
taking into account a large number of parameters, including the degree of danger of works performed and possible consequences of risks. The bow tie method specifies the risks of high-risk production operations and analyzes the effectiveness of safety barriers. The purpose of the study is to apply the "bow tie" method in assessing the occupational risks and to develop ways to minimize them. The method is analyzed on the example of works performed during oil production. We used the statistical data of the Federal Service for Ecological, Technological and Nuclear Supervision to identify the most common causes of accidental hydrocarbon leaks. We modelled incident trees and event trees to assemble bow tie models and analyze security barriers. This method was used to assess the risk of accidental releases of hydrocarbons. The incident tree was developed for the emergency release of hydrocarbons caused by the leakage of hydrocarbons from apparatuses, violations of the integrity of pipelines and tanks, depressurization of flanged and welded joints. Trees of events take into account equipment characteristics, possibilities of the method for assessing probabilities of both hazards and consequences. Security barriers were developed. They can be used in developing ways to minimize and assess risks. For the emergency release of hydrocarbons, the bow tie models show that a whole set of modern safety systems is required to ensure safety during oil and gas treatment operations.
Keywords: occupational risk assessment, bow tie, safety barriers, hydrocarbon leakage, oil treatment
For citation: Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing occupational risks. XXI vek. Tekhnosfernaya bezopasnost' = XXI century. Technosphere Safety. 2022;7(1):36-50. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/2500-1582-2022-1-36-50.
ВВЕДЕНИЕ
С 1 марта 2022 г. вступают в силу изменения в ТК РФ1, обязывающие работодателя проводить оценку профессиональных рисков. В связи с этим Минтруд разработал Рекомендации2 по осуществлению этой процедуры, предлагающие 13 методов оценки рисков на выбор работодателя.
С учетом того, что оценка профессиональных рисков должна учитывать как риски, постоянно присутствующие на рабочем месте или возникающие время от времени при штатном режиме работе, так и риски нештатных/аварийных ситуаций, среди рекомендуемых есть методы, позволяющие сделать и то и другое. Выбор метода оценки профессиональных рисков производится с учетом
1О внесении изменений в Трудовой кодекс Российской Федерации: федер. закон от 02.07.2021 N 311-ФЗ [Электронный ресурс] // Консультант-Плюс. URL: http://www.consultant.ru/document/cons _doc_LAW_389002/ (03.01.2022).
2Об утверждении рекомендаций по выбору методов оценки уровней профессиональных рисков и по снижению уровней таких рисков: приказ Министерства труда и социальной защиты РФ от 28 декабря 2021 г. N 796 [Электронный ресурс] // КонсультантПлюс. URL: http://www.consultant.ru/
document/cons_doc_LAW_406016/ (03.01.2022).
большого количества параметров [1-5], среди которых первостепенное значение имеют степень опасности выполняемых работ и возможные последствия реализации риска, например, массовый характер поражения. В таких случаях важна детализация условий реализации опасности и условий возникновения последствий. Метод «галстук-бабочка», который кажется чрезмерно сложным и ресурсно-затратным для повседневных опасностей, будет наиболее подходящим вариантом для высокорисковых производственных операций [6-9].
В данной работе речь пойдет именно о методе «галстук-бабочка», особенности которого определяют его возможности для оценки рисков, обусловленных аварийными ситуациями, и, что не менее важно, позволяют непосредственно работать с минимизацией выявленных рисков. Метод представляет собой причинно-следственный анализ происшествия, выполненный графически в виде двух диаграмм типа «дерево», объединенных через головное/критическое событие-происшествие. Левая сторона модели «галстук-бабочка» представляет собой дерево происшествий, демонстрирующее цепочки событий-причин,
https://tb.istu.edu/jour/index
W
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки ... Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
реализация которых приводит к рассматриваемому происшествию [10]. Правая сторона модели - дерево событий, показывающее сценарии развития происшествия - его последствия3 [11].
Цель исследования - применить метод «галстук-бабочка» для комплексной работы с профессиональными рисками -их оценки и разработки способов минимизации. Применение этого метода будет рассмотрено на примере работ, выполняемых при нефтедобыче.
МЕТОДЫ
При проведении исследования были проанализированы статистические данные Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору для выявления наиболее распространенных причин аварийных утечек углеводородов. Использовано моделирование с помощью деревьев происшествий, деревьев событий для сборки моделей «галстук-бабочка» и анализа барьеров безопасности.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Установка подготовки и перекачки нефти и газа (УППНГ) входит в состав цеха подготовки и перекачки нефти. УППНГ предназначена для сбора и подготовки продукции нефтедобывающих скважин до товарной кондиции путем обеспечения глубокого обезвоживания, обессоли-вания, снижения упругости паров нефти и достижения требуемого качества товарной нефти и сбрасываемых пластовых вод для дальнейшей транспортировки.
Основным способом подготовки нефти является термохимическое отстаивание, в процессе которого продукция нагревается до температуры 70-900 °С, в нее вводится деэмульгатор, и она проходит несколько ступеней сепарации. Учи-
тывая многообразие свойств пластовой продукции, система подготовки нефти и применяемое технологическое оборудование для различных объектов разработки могут существенно отличаться.
В результате производственной деятельности на работников УППНГ воздействуют производственные риски различного характера, так как работы на установке подготовки нефти и газа сопровождаются:
- эмиссией вредных веществ при сжигании попутного нефтяного газа на факельных установках;
- улетучиванием паров углеводородов при выполнении ремонтных работ нефтегазового оборудования и трубопроводов, из дыхательных клапанов резервуаров при выполнении работ по отбору проб нефти;
- выделениями углеводородов при работе насосного оборудования через сальниковые уплотнения, сальникового уплотнения запорной арматуры и места фланцевых соединений трубопроводов и аппаратов через прокладки. Все эти вещества при вдыхании негативно сказываются на здоровье работников.
Помимо указанных «штатных» выделений возможны аварийные выбросы углеводородов, в целом обусловленные тремя причинами:
- утечкой углеводородов из аппаратов;
- нарушением целостности трубопроводов и резервуаров;
- разгерметизацией фланцевых и сварных соединений.
Анализ произошедших аварий и инцидентов4 позволяет установить исходные предпосылки причин аварийных выбросов углеводородов и связать их меж-
3The bowtie method [Электронный ресурс] // CGE Risk management solutions. URL: https://www.cgerisk. com/know-ledgebase/The_bowtie_method (10.12.2021)
4Ежегодные отчеты о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору [Электронный ресурс] // Госнадзор. URL: https://www.gosnadzor.ru/public/annual_ reports/ (03.03.2022).
38
https://tb.istu.edu/Jour/index
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки . Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
ду собой в причинные цепи.
Утечка углеводородов из аппаратов связана:
а) с превышением рабочего давления из-за загрязнения аппаратов (1), программного сбоя (2), ошибок оператора (3);
б) отказом датчиков уровня из-за загрязнения датчиков (4), выхода из строя датчиков (5).
Нарушение целостности трубопроводов и резервуаров связано:
в) с коррозионным износом из-за износа защитного покрытия (6), износа катодной защиты (7), отсутствия ингибитора коррозии (8), отсутствия антибиотиков (9);
г) превышением рабочего давления из-за загрязнения аппаратов и трубопроводов (10), программного сбоя (11), ошибок оператора (12).
Разгерметизация фланцевых и сварных соединений связана:
д) с коррозионным износом из-за износа защитного покрытия (13), износа катодной защиты (14), отсутствия ингибитора коррозии (15);
е) протеканием фланца из-за износа прокладки/уплотнительного кольца (16), ошибок персонала по обслуживанию и установке (17);
ж) превышением рабочего давления из-за загрязнения аппаратов и трубопроводов (18), программного сбоя (19), ошибок оператора (20).
Дерево происшествий аварийной утечки углеводородов, построенное на основе проведенного анализа и объединяющее предпосылки этого происшествия в причинные цепи событий, представлено на рис. 1. Номер предпосылки в тексте соответствует ее номеру на дереве событий.
Количественный анализ этого дерева позволяет рассчитать вероятность происшествия на основе вероятностей исходных событий-предпосылок, однако следует отметить трудоемкость/неопределенность при расчете вероятностей исходных событий. В нашем случае ори-
ентировочная оценка вероятности утечки углеводородов составила 8,1 10-4
Для анализа сценариев развития рассмотренного происшествия с утечкой углеводородов воспользовались методикой построения дерева событий, представленной в национальном стандарте5. Методика связывает критическое событие-происшествие с типом оборудования, в котором находится опасное вещество, с агрегатным состоянием вещества и его опасными свойствами.
На объектах подготовки и перекачки нефти происходит транспортировка флюида по трубопроводу, химическое и физическое разделение флюида и последующее хранение углеводородов при атмосферных условиях.
Для транспортировки углеводородов по трубопроводу (ОБ106) характерны такие критические события, как утечка жидкости из трубопровода (КС8) и начало пожара (КС5). В табл. 1 представлена легенда для деревьев событий (рис. 2 и 3) после их логической корректировки и исключения лишних звеньев.
В соответствии с таблицей П.1.2 «Частоты утечек из технологических трубопро-водов»7, частота утечек составляет 1,9-10-7 (при диаметре трубопровода 250 мм и среднем диаметре отверстия 50 мм). Условная вероятность воспламенения жидкости составит 0,015. Утечки углеводородов
5ГОСТ Р 54142-2010 Менеджмент рисков. Руководство по применению организационных мер безопасности и оценки рисков. Методология построения универсального дерева событий [Электронный ресурс] // Кодекс. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200089295 (10.12.2021).
6Условные обозначения здесь и далее соответствуют принятым в ГОСТ Р 54142-2010.
7Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах: приказ МЧС РФ от 10 июля 2009 г. N 404.
https://tb.istu.edu/jour/index
39
ш
шм
» §
СП
СП
с ф
I
0
1
I
! о о
и
Го с
Is |m
s. *>
iS
m з ■ о Ь Q|
У &
<D g О- Q
о з
£ ф pt -t В> 3 о> ф о
а » 3'®
И
(Я о
ф я
Й Ф И Qi
IQ
0
я ф
1
( \
ш
т
Рис. 1. Дерево происшествий аварийной утечки углеводородов Fig. 1. The incident tree for the emergency hydrocarbon leakage
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки . Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
Таблица 1. Легенда для дерева событий при транспортировке углеводородов Table 1. The event tree legend for the transportation of hydrocarbons
КС5 - начало пожара (рис. 2) КС8 - утечка углеводородов из трубопровода (рис. 3)
ВКС1 - пожар/возгорание ВКС3 - скопление жидкости
ТКС1 - пожар ТКС6 - токсичные вторичные продукты ТКС4 - возгорание жидкости ТКС5 - рассеивание газа ТКС11 - невозгорание жидкости/рассеивание жидкости
ОФ7 - пожар (ГС1 - тепловое излучение) ОФ6 - токсичное облако (ГС4 - воздействие токсичных веществ) ГС1 - тепловое излучение ОФ6 - токсичное облако (ГС4 - воздействие токсичных веществ) ОФ4 - взрыв газопарового облака (ГС1 - тепловое излучение, ГС2 - избыточное давление, ГС3 - разброс летящих предметов) ОФ5 - возгорание газа (ГС1 - тепловое излучение) ОФ6 - токсичное облако (ГС4 - воздействие токсичных веществ) ОФ11 - экологический ущерб (ГС4 - воздействие токсичных веществ)
Рис. 2. Дерево событий при транспортировке углеводородов для начала пожара (КС5) Fig. 2. The event tree for the transportation of hydrocarbons to start a fire (CS5)
Рис. 3. Дерево событий при транспортировке углеводородов для утечки углеводорода из трубопровода (КС8)
Fig. 3. The event tree in the transportation of hydrocarbons for the hydrocarbon leakage from the pipeline (KS8)
могут привести к аварийному разливу и пожару с образованием вторичных токсических веществ, так же разливы нефти могут образовывать облако горючего газа, возгорание которого также может вы-
звать взрывную реакцию. Все это приводит к избыточному давлению, разбросу летящих частей с выделением большого количества тепловой энергии и токсическому воздействию на экологическую об-
https://tb.istu.edu/jour/index
41
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки ... Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
становку района.
Для химического и физического разделения флюида (ОБ13) характерны такие критические события, как трещины в корпусе (обшивке) в условиях жидкой фазы (КС7) и начало пожара (КС5). Дерево событий для КС5 показано на рис. 2. В табл. 2 представлена легенда для дерева событий происшествия с трещиной в корпусе в условиях жидкой фазы в операциях химического и физического разделения флюида. Поскольку в данном случае речь
идет о емкостном оборудовании, частота утечек будет другой и составит 3,8-10-6 (при среднем диаметре отверстия 50 мм, табл. П.1.1 «Частоты реализации инициирующих пожароопасных ситуаций событий для некоторых типов оборудования объектов»)6. Условная вероятность воспламенения составит 0,035. Последствия и поражающие факторы в целом аналогичны таковым при разгерметизации трубопровода.
Таблица 2. Легенда для дерева событий при химическом и физическом разделении флюида Table 2. The event tree legend for the chemical and physical fluid separation
КС7 - трещина в корпусе (обшивке) в условиях жидкой фазы (рис. 4)_
ВКС3 - скопление жидкости_
ТКС4 - возгорание жидкости ТКС5 - рассеивание газа
ТКС11 - невозгорание жидкости / рассеивание жидкости_
ГС1 - тепловое излучение
ОФ6 - токсичное облако (ГС4 - воздействие токсичных веществ)
ОФ4 - взрыв газопарового облака (ГС1 - тепловое излучение, ГС2 - избыточное давление,
ГС3 - разброс летящих предметов)
ОФ5 - возгорание газа (ГС1 - тепловое излучение)
ОФ6 - токсичное облако (ГС4 - воздействие токсичных веществ)
ОФ11 - экологический ущерб (ГС4 - воздействие токсичных веществ)_
Рис. 4. Дерево событий происшествия с появлением трещины в корпусе в условиях жидкой фазы (КС7) при химическом и физическом разделении углеводородов
Fig. 4. The event tree for body cracking under liquid phase conditions (KS7) in the chemical and physical separation of hydrocarbons
42
https://tb.istu.edu/jour/index
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки ... Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
Для хранения углеводородов при атмосферных условиях (ОБ6) характерны такие критические события, как трещины в корпусе (обшивке) в условиях жидкой фазы (КС7), начало пожара (КС5) (рис. 2) и разрушение сосуда (КС11). В табл. 3 представлена легенда для дерева событий при хранении углеводородов в атмосферных условиях, после логической корректировки и исключения лишних звеньев.
В соответствии с табл. П.1.2 «Частоты утечек из технологических трубопрово-дов»7 частота утечек составляет 1,2-10-5 (при среднем диаметре отверстия 100 мм) и 5,010-6 (при полном разрушении). Условная вероятность воспламенения при частичном разрушении составит 0,040, при полном разрушении резервуара - 0,050. Они могут привести к аварийному разливу и пожару с образованием вторичных токсических веществ, а также к тепловому воздействию.
Таблица 3. Легенда для дерева событий при хранении углеводородов в атмосферных условиях
Table 3. The event tree legend for the storage of hydrocarbons in atmospheric conditions
КС7 - трещина в корпусе (обшивке) в условиях жидкой фазы (рис. 5) КС11 - разрушение сосуда (рис. 6)
ВКС3 - скопление жидкости ВКС3 - скопление жидкости
ТКС4 - возгорание жидкости ТКС11 - невозгорание жидкости / рассеивание жидкости ТКС4 - возгорание жидкости ТКС11 - невозгорание жидкости / рассеивание жидкости
ГС1 - тепловое излучение ОФ6 - токсичное облако (ГС4 - воздействие токсичных веществ) ОФ11 - экологический ущерб (ГС4 - воздействие токсичных веществ) ГС1 - тепловое излучение ОФ6 - токсичное облако (ГС4 - воздействие токсичных веществ) ОФ11 - экологический ущерб (ГС4 - воздействие токсичных веществ)
Рис. 5. Дерево событий при хранении углеводородов в атмосферных условиях для трещины в корпусе в условиях жидкой фазы (кС7)
Fig. 5. The event tree for the storage of hydrocarbons in atmospheric conditions for body cracking in liquid phase conditions (KS7)
КС11 вксз
ГС1
ТКС4 ОФб ГС2
ТКС11 ОФ11 ГС4
Рис. 6. Дерево событий при хранении углеводородов в атмосферных условиях
для разрушения сосуда (КС11)
Fig. 6. The event tree for the storage of hydrocarbons in atmospheric conditions
for the vessel destruction (KS11)
https://tb.istu.edu/jour/index
43
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки ... Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
Объединением дерева происшествий и дерева событий получаем модель «галстук-бабочка». Полученные модели представлены на рис. 7-9, где в качестве головных событий взяли следующие (промежуточные предпосылки дерева на рис. 1):
- нарушение герметичности фланцевых и сварных соединений, запорной арматуры;
- нарушение целостности трубопроводов и резервуаров;
- превышение уровня жидкости в сепараторах и резервуарах.
Самой распространенной причиной утечки углеводородов является нарушение герметичности узлов соединения трубопроводов, аппаратов с трубопроводами, запорной арматуры в силу их большого количества. Также эти узлы местами являются ослабленными, испытывающими нагрузки, которые в силу производственных причин или в силу уменьшения проходного сечения трубопровода (соленые отложения, пара-финистые отложения) могут быть выше номинальных. На современном объекте подготовки и перекачки нефти свыше тысячи таких узлов, которые должны своевременно проверяться в соответствии со стандартом8 и соответствовать стандартам качества9.
Во многом свою роль играет человеческий фактор (логистические проблемы со своевременной доставкой необходимых грузов, использование старого оборудования, использование фланцев, за-
8ГОСТ Р 55430-2013 Соединения трубопроводов разъемные. Оценка технического состояния и методы испытаний. Безопасность эксплуатации [Электронный ресурс] // Кодекс. URL: https://docs.cntd.ru/document/ 1200103371 (10.12.2021).
9ГОСТ Р 51365-2009 Нефтяная и газовая промышленность. Оборудование для бурения и добычи. Оборудование устья скважины и фонтанное устьевое оборудование. Общие технические требования [Электронный ресурс] // Кодекс. URL: https://docs.cntd.ru/do-cument/1200081853 (10.12.2021).
движек, шпилек, гаек, уплотнительных колец и сальникового уплотнения ненадлежащего качества, халатность, забывчивость, недотяжка фланцев, их несвоевременное обслуживание и замена). Все эти факторы ведут к утечкам углеводородного сырья, а критическое событие для исследуемой модели - разгерметизация. Угрозы, которые могут вызвать эту опасность - протекание фланца, задвижки, прокладки, коррозия материала, превышение рабочего давления, а последствия, которые необходимо ликвидировать - разливы углеводорода, а также формирование токсичного и горючего облака газа.
В случае нарушения герметичности фланцевых соединений, запорной арматуры модель «галстук-бабочка» примет вид, представленный на рис. 7.
Нефть сама по себе является агрессивной средой, так как в ней всегда присутствуют минералы и кислоты, что ведет к химической коррозии трубопроводов и резервуаров [12, 13]. На территории Восточной Сибири нефть характеризуется еще и наличием в ней сероводорода: в небольших количествах он присутствует на многих месторождениях из-за жизнедеятельности сероводородных бактерий, продуктом жизнедеятельности которых и является сероводород.
Этот газ очень быстро окисляет металл и значительно снижает срок его службы. Проблему могут решить защитные покрытия внутренней стенки трубопроводов, контактирующих с углеводородами [14]. Но и они рано или поздно изнашиваются и в местах ослабления защиты происходят накопления парафинов, создается благоприятная среда для образования колоний бактерий и происходит точечная коррозия металла. У данного свойства может быть накопительный эффект, так как на предприятиях подготовки и перекачки нефти и газа среднее рабочее давление составляет 16 атмосфер, что может привести к мо-
ШМ
44
https://tb.istu.edu/jour/index
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки . Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
ментальному разрыву с высвобождением углеводородов и разлету осколков. Для борьбы с бактериями при добыче углеводородного сырья применяют антибиотики. Эти факторы ведут к утечкам углеводородного сырья, а критическое событие для исследуемой модели -нарушение целостности трубопроводов и резервуаров.
Угрозы, которые могут вызвать эту опасность - коррозия металла, превышение рабочего давления, а последствия, которые необходимо ликвидировать - разливы углеводорода, а также формирование токсичного и горючего облака газа, возгорания.
В случае нарушения целостности трубопроводов и резервуаров модель «галстук-бабочка» примет вид, представленный на рис. 8.
Нефть месторождений Восточной Сибири относится по плотности к сред-
ней и тяжелой из-за высокого содержания парафинов, смол и асфальтенов. Что, в свою очередь, при снижении температуры сырья ведет к ускоренному отложению парафинов на внутренних стенках трубопроводов и резервуаров, и измерительной аппаратуре (датчиках и сигнализаторах уровня жидкости) [15]. Особенно критична эта ситуация в зимний период, что может приводить к неправильному определению уровня жидкости в резервуарах и их переполнение. В совокупности с тем, что система подготовки и перекачки может не справляться с планируемыми дебитами, это будет приводить к превышениям рабочих давлений.
Эти факторы ведут к утечкам углеводородного сырья, а критическое событие для исследуемой модели - превышение уровня жидкости.
Рис. 7. Модель «галстук-бабочка» при нарушении герметичности Fig. 7. Thel "bow tie" model in case of leakage
https://tb.istu.edu/jour/index
45
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки . Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
Рис. 8. Модель «галстук-бабочка» при нарушении целостности трубопроводов и резервуаров
Fig. 8. The "bow tie" model in case of violation of the integrity of pipelines and tanks
Угрозами, которые могут вызвать эту опасность, являются: превышение рабочего давления, отказ датчиков и сигнализаторов уровня жидкости и давления. Последствия, которые необходимо ликвидировать это разливы углеводорода, а также формирование токсичного и горючего облака газа, возгорания.
В случае нарушения уровня жидкости в резервуарах и сепараторах модель «галстук-бабочка» примет вид, представленный на рис. 9.
Модель «галстук-бабочка» позволяет работать с рисками, поскольку она включает в себя барьеры безопасности, применяемые для предотвращения/снижения вероятности реализации аварийной ситуации (на стороне дерева происшествий) или же для уменьшения ее последствий (на стороне дерева событий) [16-20].
На рис. 7 слева показаны барьеры
безопасности, применяемые для предотвращения утечки углеводородов при разгерметизации фланцевых и сварных соединений:
- тщательный выбор материалов конструкций и оборудования, их изготовление, проверка и тестирование, а также соответствующее место установки;
- наличие лакокрасочного покрытия и его своевременное восстановление;
- наличие системы катодной защиты;
- наличие ингибиторов коррозии;
- регулярные проверки и обслуживание программ на этапе эксплуатации;
- внедрение резервных технологических ветвей на случай превышения давления и дебета добычи;
- регулярное обслуживание, контроль и осмотр резервуаров и сепараторов, узлов соединения, разработка карты обслуживания оборудования;
46
https://tb.istu.edu/jour/index
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки . Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
Рис. 9. Модель «галстук-бабочка» при превышении уровня жидкости Fig. 9. The "bow tie" model when the liquid level is exceeded
- использование оборудования, только прописанного в технологических картах (проектного);
- наличие постоянно пополняемого аварийного запаса;
- проведение инструктажей и обучений по безопасной работе на производстве для снижения рисков при производстве работ.
На этом же рис. 7 справа показаны барьеры, применяемые для уменьшения последствий аварий (меры восстановления потребностей системы):
- закрытая система дренажа углеводорода;
- датчики сероводорода и мониторы для обнаружения выпуска;
- система обнаружения и сигнализации огнеопасности и токсичности;
- естественная вентиляция для предотвращения накопления газа;
- планы на случай чрезвычайных ситуаций;
- автоматизированная система пожа-
ротушения (АСПТ).
Барьеры должны быть своевременно идентифицированы, разработаны и использованы.
На рис. 8 со стороны дерева происшествий (слева) показаны барьеры, применяемые для предотвращения утечки углеводородов при нарушении целостности трубопроводов и резервуаров:
- наличие лакокрасочного покрытия;
- использование ингибиторов коррозии;
- применение антибиотиков,
- измерения толщины стенки и состава металла (при проведении экспертизы промышленной безопасности);
- трубопроводы антикоррозионного исполнения с защитными покрытиями;
- системы катодной защиты;
- путевые подогреватели углеводородов;
- внедрение резервных технологических ветвей на случай превышения давления и дебета добычи;
- регулярное обслуживание, контроль
https://tb.istu.edu/jour/index
47
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки . Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
и осмотр резервуаров и сепараторов, узлов соединения, разработка карт обслуживания оборудования.
Барьеры, применяемые для уменьшения последствий аварий (меры восстановления потребностей системы) показаны на модели справа и качественно совпадают с барьерами, описанными на рис. 7.
На рис. 9 слева представлены барьеры, применяемые для предотвращения утечки углеводородов из аппаратов:
- путевые подогреватели углеводородов;
- внедрение резервных технологических ветвей на случай превышения давления и дебета добычи;
- регулярное обслуживание, контроль и осмотр резервуаров и сепараторов, узлов соединения, разработка карт обслуживания оборудования.
Барьеры, применяемые для уменьшения последствий аварий (меры восстановления потребностей системы) показаны на модели справа и качественно совпадают с барьерами, описанными на рис. 7.
Таким образом, из анализа барьеров безопасности, нацеленных на предотвращение разгерметизации оборудования на установке подготовки и перекачки нефти и газа, можно выделить комплекс мероприятий, направленных на предот-
вращение коррозионной активности, выполнение контроля осмотров и обслуживания оборудования, а также модернизацию и внедрение новых технологических линий. Осуществление данных мер представляется достаточным для поддержания умеренного производственного риска на установке.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, причинно-следственный анализ происшествия, выполненный графически в виде двух диаграмм типа «дерево», объединенных через головное/критическое событие-происшествие и представляющий собой модель «галстук-бабочка» позволяет выполнить комплексный анализ рисков аварийной ситуации, а также осуществить анализ и разработку барьеров безопасности, способных как уменьшить вероятность реализации опасности/риска, так и снизить тяжесть последствий реализованного происшествия. Для рассмотренной ситуации аварийного выброса углеводородов модели «галстук-бабочка» показывают, что для обеспечения безопасности при производстве работ на установке подготовки и перекачки нефти и газа необходим целый комплекс современных систем безопасности.
Список источников
1. Меркулова Е. В., Макушкин В. П. Оценка производственного риска и методы управления им на предприятии машиностроительного комплекса // Auditorium. 2019. № 3 (23). С. 83-93.
2. Хайруллина Л. И., Тучкова О. А., Зиннатулли-на Г. Н. Оценка профессиональных рисков на промышленных предприятиях: примеры оформления карт профессиональных рисков // Электронный сетевой политематический журнал «Научные труды КубГТУ». 2019. № 3. С. 504-511.
3. Елин А. М., Анохин А. В., Сергеева С. С. Профессиональные риски на рабочем месте: алгоритм действий и готовые шаблоны // Безопасность и охрана труда. 2020. № 4 (85). С. 26-32.
4. Гапанович В. А., Шубинский И. Б., Проневич О. Б., Швед В. Э. Система управления рисками крупных компаний. Практика оценки рисков в ОАО
«РЖД» и направления развития // Научно-практический журнал «Проблемы анализа риска». 2018. Т. 15. № 2. С. 6-21.
5. Розенфельд Е. А. Специальная оценка условий труда как элемент оценки уровня профессионального риска // Безопасность и охрана труда. 2020. № 1 (82). С. 29-32.
6. Анфимов М. В., Маркеев В. А., Сивоконь И. С., Толсторожих С. В. Развитие риск-ориентированного подхода к управлению системой охраны труда и промышленной безопасности (ПАО «НК «Роснефть») // Нефтяное хозяйство. 2021. № 3. С. 118-122. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2021-3-118-122.
7. Дроздова Т.И., Деревянченко И.С. Прогнозный анализ техногенных рисков при сливо-наливных операциях на автозаправочной станции г. Свир-
48
https://tb.istu.edu/jour/index
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки . Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
ска // XXI век. Техносферная безопасность. 2019;4(2):171-188. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2019-2-171-188.
8. Bochkarev S., Leyzgold K., Shilova S. Application of the "Bow-Tie" method to assess the risk of incapacitation of the sucker rod pump // Journal of Physics Conference Series. 2021. Vol. 1886. no. 1. P. 012012 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1886/1/012012.
9. Lewis S., Smith K. Lessons Learned from Real World Application of the Bow-tie Method // 6th Global Congress on Process Safety (22-24 March 2010, San Antonio, Texas). [Электронный ресурс] // Re-searchGate. URL: https://www.researchgate.net/ publication/228673189_Lessons_Learned_from Real World_Application_of_the_Bow-tie_Method (24.01.2022).
10. Wang W., Jianga X., Xiaa S., Cao Q. Incident tree model and incident tree analysis method for quantified risk assessment: An in-depth accident study in traffic operation // Safety Science. 2010. Vol. 48. no. 10. P. 1248-1262. https://doi.org/10.10 16/j.ssci.2010.04.002.
11. Papazoglou I. A. Mathematical Foundations of Event Trees // Reliability Engineering System Safety. 1998. Vol. 61. no 3. P. 169-183. https://doi.org/ 10.1016^0951-8320ю 98)00010-6.
12. Popoola L. T., Grema A. S., Latinwo G. K., Gutti B., Balogun A. S. Corrosion problems during oil and gas production and its mitigation // International Journal of Industrial Chemistry. 2013. no. 4. P. 35. https://doi.org/10.1186/2228-5547-4-35.
13. Wang Qi, Ai M., Shi W., Lyu Y., Yu W. Study on corrosion mechanism and its influencing factors of a short distance intermittent crude oil transmission and distribution pipeline // Engineering Failure Anal-
ysis. 2020. no. 118. P. 104892. https://doi.org/10. 1016/j.engfailanal.2020.104892.
14. Marriott R. A., Pirzadeh P., Marrugo J.J., Raval S. Hydrogen Sulfide formation in Oil and Gas // Canadian Journal of Chemistry. 2020. Vol. 94. no. 4. P. 406-413. https://doi.org/10.1139/cjc-2015-0425.
15. Ященко И. Г. Ресурсы тяжелых нефтей мира и сравнительный анализ их физико-химических свойств // Экспозиция. Нефть. Газ. 2012. Т. 5. № 5 (23). C. 47-53.
16. Жуков И. С. Барьеры безопасности: понятие, классификация, концепции // Безопасность труда в промышленности. 2017. № 5. С. 49-56.
17. Liu Yi. Safety barriers: Research advances and new thoughts on theory, engineering and management // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2020. Vol. 67. P. 104260. https://doi.org/ 10.1016/j.jlp.2020.104260.
18. Sklet S. Safety barriers: Definition, classification, and performance // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2006. Vol. 19. no. 5. P. 494506. https://doi.org/10.1016/jjlp.2005.12.004.
19. Maliha M. N.; Abu Aisheh Y. I., Tayeh B. A., Almalki A. Safety Barriers Identification, Classifica-tion,and Ways to Improve Safety Performance in the Architecture, Engineering, and Construction (AEC) Industry: Review Study // Sustainability. 2021. no. 13. P. 3316. https://doi.org/10.3390/su13063316.
20. Behnaz Hosseinnia D., Paltrinieri N., Bubbico R. Safety Barrier Management: Risk-Based Approach for the Oil and Gas Sector // Journal of Marine Science and Engineering. 2021. Vol. 9. no. 7. P. 722. https://doi.org/10.3390/jmse9070722.
References
1. Merkulova E. V., Makushkin V. P. Assessment of production risk and methods of its management at the machine-building complex enterprise. Auditorium. 2019;3:83-93. (In Russ.).
2. Khairullina L. I., Tuchkova O. A., Zinnatullina G. N. Assessment of professional risks in industrial enterprises: examples of registration of professional risk cards. Nauchnye trudy Kubanskogo gosudarstven-nogo tekhnicheskogo universiteta = Scientific Works of the Kuban State Technological University. 2019;3:504-511. (In Russ.).
3. Elin A. M., Anokhin A. V., Sergeeva S. S. Occupational risks in the workplace: an algorithm of actions and ready-made templates. Bezopasnost' i okhrana truda. 2020;4:26-32. (In Russ.).
4. Gapanovich V. A., Shubinskii I. B., Pronevich O. B., Shved V. E. Risk management system of large companies. The practice of risk assessment in JSC "Russian Railways" and the directions of development. Nauchno-prakticheskii zhurnal «Problemy analiza riska» = Scientific and Practical Journal "Is-
sues of Risk Analysis". 2018;15(2):6-21. (In Russ.).
5. Rozenfeld E. A. Special assessment of working conditions as the element of the occupational risk level evaluation. Bezopasnost' i okhrana truda. 2020;1:29-32. (In Russ.).
6. Anfimov M. V., Markeev V. A., Sivokon I. S., Tol-storozhikh S. V. Development of risk-oriented control to health and safety system management. Neftyanoe khozyaistvo = Oil industry. 2021;3:118-122. (In Russ.). https://doi.org/10.24887/0028-2448-2021-3-118-122.
7. Drozdova T. I., Derevyanchenko I. S. Forecasting of technogenic risks in draining and filling operations at Svirsk gas station. XXI century. Tekhnosfernaya bezopasnost' = XXI century. Technosphere Safety. 2019;4(2):171-188. (In Russ.). http://doi.org/10.212 85/2500-1582-2019-2-171-188.
8. Bochkarev S., Leyzgold K., Shilova S. Application of the "Bow-Tie" method to assess the risk of incapacitation of the sucker rod pump // Journal of Physics Conference Series. 2021. 1886(1):012012
https://tb.istu.edu/jour/index
4S
Наянов П. А., Хамидуллина Е. А. Метод «галстук-бабочка» в процедуре оценки ... Nayanov P. A., Khamidullina E. A. The bow tie method in assessing...
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1886/1/012012.
9. Lewis S., Smith K. Lessons Learned from Real World Application of the Bow-tie Method // 6th Global Congress on Process Safety San Antonio, Texas March 22-24, 2010 https://www.researchga-te.net/publication/228673189_Lessons_Learned_fro m_Real_World_Application_of_the_Bow-tie_Method
10. Wang W., Jianga X., Xiaa S., Cao Q. Incident tree model and incident tree analysis method for quantified risk assessment: An in-depth accident study in traffic operation. Safety Science. 2010. 48 (10). P. 1248-1262. https://doi.org/10.1016/j.ssci.2010.04.002.
11. Papazoglou I. A. Mathematical Foundations of Event Trees. Reliability Engineering System Safety. 1998;61 (3):169-183 https://doi.org/10.1016/S0951 -8320ю 98)00010-6.
12. Popoola L. T., Grema A. S., Latinwo G. K., Gutti B., Balogun A. S. Corrosion problems during oil and gas production and its mitigation. International Journal of Industrial Chemistry. 2013;4:35. https://doi. org/10.1186/2228-5547-4-35.
13. Wang Qi, Ai M., Shi W., Lyu Y., Yu W. Study on corrosion mechanism and its influencing factors of a short distance intermittent crude oil transmission and distribution pipeline. Engineering Failure Analysis. 2020;118:104892. https://doi.org/10.1016/j.eng-failanal.2020.104892.
14. Marriott R.A., Pirzadeh P., Marrugo J.J., Raval S. Hydrogen Sulfide formation in Oil and Gas. Canadian Journal of Chemistry. 2020;94(4):406-413 https://
Информация об авторах
П. А. Наянов,
магистрант,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83,
Е. А. Хамидуллина,
кандидат технических наук, доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Вклад авторов
Авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
doi.org/10.1139/cjc-2015-0425.
15. Yashchenko I. G. Resources of heavy oils of peace and comparative analysis of their physical and chemical properties. Ekspozitsiya. Neft". Gaz = Exposition. Oil. Gas. 2012;5 (5):47-53. (In Russ.).
16. Zhukov I. S. Security barriers: concept, classification, concepts. Bezopasnost' truda v promyshlen-nosti = Occupational Safety in Industry. 2017;5:49-56. (In Russ.). https://doi.org/10.24000/0409-2961-2017-5-49-56.
17. Liu Yi. Safety barriers: Research advances and new thoughts on theory, engineering and management. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2020;67:104260. https://doi.org/10.1016/ j.jlp.2020.104260.
18. Sklet S. Safety barriers: Definition, classification, and performance. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2006;19(5):494-506. https://doi. org/10.1016/j.jlp.2005.12.004.
19. Maliha M. N.; Abu Aisheh Y. I., Tayeh B. A., Almalki A. Safety Barriers Identification, Classifica-tion,and Ways to Improve Safety Performance in the Architecture, Engineering, and Construction (AEC) Industry: Re-view Study. Sustainability. 2021;13: 3316. https://doi.org/10.3390/su13063316.
20. Behnaz Hosseinnia D., Paltrinieri N., Bubbico R. Safety Barrier Management: Risk-Based Approach for the Oil and Gas Sector. Journal of Marine Science and Engineering. 2021;9(7):722. https://doi. org/10.3390/jmse9070722.
Information about the authors
Pavel A. Nayanov,
Master's degree student, Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov Str., Irkutsk 664074, Russia,
Elena A. Khamidullina,
Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor of Industrial Ecology and Life Safty Deparment, Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov Str., Irkutsk 664074, Russia
Contribution of the author's
The authors contributed equally to this article.
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests.
All authors have read and approved the final manuscript.
Поступила в редакцию 12.01.2022. Одобрена после рецензирования 21.01.2022. Принята к публикации 28.02.2022.
The article was submitted 12.01.2022. Approved after reviewing 21.01.2022. Accepted for publication 28.02.2022.
50
https://tb.istu.edu/jour/index
