Начальный этап анализа и оценки риска аварий опорной части морской стационарной платформы при экстремальных природных воздействиях Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 624.145.7

О.М. Финагенов

Начальный этап анализа и оценки риска аварий опорной части морской стационарной платформы при экстремальных природных воздействиях

Ключевые слова:

шельф, опорная часть платформы, риск аварий, идентификация опасностей, предварительный анализ опасностей.

Keywords:

shelf,

rig support, accident risk, identification of hazards, preliminary hazard analysis.

Согласно положениям СП 58.13330.2012 [1], морские стационарные платформы (МСП) являются гидротехническими сооружениями I класса, относящимися к сфере действия Федерального закона «О безопасности гидротехнических сооружений» [2], а их опорная часть - одним из важнейших элементов МСП, отвечающим за безопасность сооружения в целом.

В соответствии с требованиями указанного Закона и действующих в России правовых и нормативных актов, проект гидротехнического сооружения (ГТС) должен содержать декларацию безопасности, критерии безопасности и расчет вероятного вреда от аварий ГТС.

Анализ и оценка риска аварий ГТС - центральное звено всех трех документов, поскольку прогнозируемые сценарии аварий и оценки вероятности и ущерба от аварий ГТС позволяют обосновать нормальный уровень безопасности декларируемых сооружений, идентифицировать диагностические показатели их состояния, назначить их предельные значения - критерии безопасности - и обосновать величину финансового обеспечения гражданской ответственности владельца за вред, причиненный в результате аварий ГТС.

В соответствии с требованиями российских норм проектирования оценка надежности и безопасности ГТС осуществляется с использованием метода предельных состояний, основные положения которого изложены в [1].

С целью более полного раскрытия неопределенностей по факторам, определяющим надежность и безопасность ГТС и конструкций, уточнения расчетных характеристик и схем, сочетаний нагрузок и воздействий, а также предельных состояний и оптимизации проектирования по методу предельных состояний допускается применение вероятностного анализа для обоснования принимаемых технических решений системы «сооружение - основание». Согласно требованиям [1], расчетные значения вероятностей возникновения аварий на ГТС не должны превышать величин, приведенных в табл. 1.

Таблица 1

Допускаемые отечественными нормами [1] значения вероятностей возникновения аварий

Класс сооружения Вероятность возникновения аварии, 1/год

I 5 • 10-5

II 5 • 10-4

III 2,5 • 10-3

IV 5 • 10-3

В целом анализ риска можно представить в виде следующих основных этапов:

• идентификация опасностей - определение всех возможных видов и способов отказов сооружения, включая комбинации нагрузок и воздействий;

• определение вероятностей отказов для всех их видов и способов;

• анализ последствий отказов - социальных, экономических и экологических;

№ 3 (14) / 2013

Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа

159

• оценка риска - комбинация вероятностей и последствий всех видов и способов отказов сооружения.

Проведем детальное рассмотрение как этапов, так и результатов анализа и оценки риска аварий опорной части платформы (ОЧП) на месторождении шельфа о. Сахалин.

Природно-климатические условия района Сахалинского шельфа отличаются особой сложностью, поскольку указанный район характеризуется как сейсмоопасный, а его климат - как весьма суровый.

Общий уровень сейсмической опасности для территории о. Сахалин регламентируется СП 14.13330.2011 [3] и входящим в него комплектом карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации (ОСР-97), утвержденным Российской академией наук и базирующимся на вероятностных оценках сейсмической опасности для различных периодов повторяемости землетрясений.

Для учета столь сложных природно-климатических особенностей района размещения платформы на стадии выбора основных технических решений по конструкции ее опорной части учтены сочетания сейсмических, волновых, ледовых и температурных воздействий, которым подвергается платформа в процессе ее эксплуатации.

Этот аспект также делает данную разработку уникальной, поскольку для районов размещения большей части эксплуатируемых в мире морских стационарных платформ характерно сочетание воздействий либо ледовых и волновых (шельфы арктических морей), либо волновых и сейсмических (экваториальный шельф).

ОЧП представляет собой железобетонную конструкцию гравитационного типа, состоящую из опорного кессона и установленных на нем четырех вертикальных колонн (рис. 1), на которые опирается интегральная палуба платформы с комплексом производственного оборудования, вспомогательных систем и жилых помещений.

Кроме того, элементом сооружения, несущая способность которого в значительной степени определяет прочность и устойчивость опорной части и платформы в целом, является грунтовое основание сооружения.

Процедура анализа и оценки риска аварий ОЧП включала три основных этапа:

1) идентификацию опасностей - определение факторов, способных инициировать аварии ОЧП, анализ условий возникновения и развития аварий на сооружении, выбор и обоснование основных сценариев аварий, возможных на ОЧП;

Рис. 1. Опорная часть платформы. Общий вид

№ 3 (14) / 2013

№3(14)/2013

Результаты предварительного анализа опасностей аварий ОЧП

Таблица 2

О»

Номер сценария Ранг последствий Ранг

Причина аварии или неполадки Последствия реализации указанной причины соц. экой. эколог. вероятности

аварии

1. Колонна опорного основания платформы

Строительный период

и. Падение или сильный удар палубы/груза при опускании на опорную часть платформы Полное или частичное разрушение колонны 1 2 1 1

1.2. Столкновение вертолета с колонной 1

Эксплуатационный период

1.3. Волновое воздействие 1 2 2 2

1.4. Ледовая нагрузка Полное или частичное разрушение колонны 3 3 3 2

1.5. Сейсмическое воздействие 3 3 3 2

1.6. Столкновение с дежурным судном Частичное разрушение колонны 1 1 2 2

1.7. Столкновение вертолета с колонной Полное или частичное разрушение колонны 2 2 2 1

1.8. Столкновение с проходящим многотоннажным судном 1

1.9. Температурное воздействие Образование трещин в бетоне надводной части колонны, обнажение арматуры колонны (в отсутствие контроля) 1 1 0 3

1.10. Пожар в технологическом оборудовании на палубе платформы Термическое воздействие на оголовок колонны, образование трещин в бетоне, перекосы арматуры верхней части колонны 2 2 2 3

1.11. Взрыв в технологическом оборудовании на палубе платформы Разрушение оголовка или верхней части колонны 2 2 2 3

1.12. Усталостное повреждение колонны от волн, льда, ветра Образование трещин в бетоне надводной части колонны, обнажение арматуры колонны (в отсутствие контроля) 1 1 0 2

1.13. Превышение допустимой массы грузов на палубе платформы Потеря прочности конструкции колонны, разрушение колонны 1 1 1 2

2. Кессон опорного основания платформы

Эксплуатационный период

2.1. Сейсмическое воздействие Деформация отсеков кессона 3 3 2 2

2.2. Биологическое обрастание подводной части колонны 0 1 1 2

2.3. Химическое воздействие загрязненных вод на бетон подводной части колонны Образование трещин в бетоне поверхности кессона 0 1 1 2

2.4. Превышение допустимой массы грузов на палубе платформы Деформация отсеков кессона 0 1 1 2

3. Грунтовое основание ОЧП

Эксплуатационный период

3.1. Сейсмическое воздействие Нарушение несущей способности грунта основания, 3 3 3 2

3.2. Нагрузка от волн и течения горизонтальное смещение сооружения или его крен (поворот) 2 2 2 2

3.3. Превышение допустимой массы грузов на палубе платформы Нарушение несущей способности грунта основания, горизонтальное смещение сооружения или его крен (поворот) 1 1 1 2

Научно-технический сборник - ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ

Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа

161

2) количественную оценку вероятности (среднегодовой частоты) реализации основных сценариев аварий ОЧП;

3) количественную оценку ущерба от аварий ОЧП для основных групп реципиентов риска.

Выбор и обоснование основных сценариев аварий, возможных на ОЧП, выполнены путем экспертного качественного ранжирования по уровню риска максимально полного перечня сценариев, разработанного на этапе идентификации опасностей (предварительного анализа опасностей - ПАО) с учетом техногенных и природных воздействий, способных инициировать повреждения хотя бы одного из элементов опорной части - колонну, кессон и грунтовое основание сооружения.

Полная версия протокола ПАО аварий опорной части платформы приведена в табл. 2.

Цель предварительного анализа опасностей аварий, возможных на опорной части стационарной морской газодобывающей платформы, - выявление опасных элементов и конструкций опорной части платформы и воздействий на них, способных привести к аварии ОЧП.

Основные задачи предварительного анализа опасностей:

• разработка максимально полного перечня сценариев аварий, возможных на опорной части стационарной морской газодобывающей платформы;

• ранжирование сценариев аварий, возможных на опорной части стационарной морской газодобывающей платформы, по уровню риска для персонала платформы, населения, имущества и окружающей природной среды;

• выбор и обоснование сценария возможной аварии опорной части платформы с наиболее крупными последствиями (наиболее тяжелой аварии) и сценария наиболее вероятной аварии, возможной на опорной части платформы, - обоснование сценариев наиболее тяжелой и наиболее вероятной аварий сооружения выполняется в соответствии с требованиями нормативного документа [4];

• предварительная оценка вероятности (среднегодовой частоты) и последствий реализации сценариев наиболее тяжелой и наиболее вероятной аварий опорной части платформы.

В табл. 2 приведены также предварительные результаты ранжирования аварий, возможных на ОЧП, по вероятности реализации причин, инициирующих указанные аварии, а также по масштабу их социальных, экономических и экологических последствий. Ранжирование выполнено группой экспертов на качественном уровне.

На этапе предварительного анализа опасностей принято три ранга вероятности и последствий аварий ОЧП (табл. 3). Большая детализация качественных оценок вероятности и последствий аварий анализируемого объекта (четыре и более рангов) на данном этапе анализа не имеет смысла.

Таблица 3

Ранги вероятности и последствий аварий, принятые в ПАО

Ранг Качественная Качественная

оценка вероятности оценка последствий

аварии аварии

1 Малая Незначительные

2 Средняя Существенные

3 Высокая Серьезные

Таким образом, на начальном этапе анализа и оценки риска аварий опорной части МСП необходимо провести предварительный анализ опасностей с выбором рангов вероятности и последствий аварий.

Список литературы

1. СП 58.13330.2012. Гидротехнические сооружения. Основные положения (актуализ. ред. СНиП 33-01-2003).

2. Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» от 27.07.1997 г. № 117-ФЗ.

3. СП 14.13330.2011. Строительство в сейсмических районах (актуализ. ред.

СНиП II-7-81*).

4. Правила определения величины финансового обеспечения гражданской ответственности за вред, причиненный в результате

аварии гидротехнического сооружения (утв. Постановлением Правительства РФ от 18.12.2001 г. № 876).

№ 3 (14) / 2013