CC BY
148О НОВОМ РУКОВОДСТВЕ ПО БЕЗОПАСНОСТИ «МЕТОДИКА ОЦЕНКИ РИСКА АВАРИЙ НА ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА ГАЗА»
УДК 621.72:621.532.656.08
С.В. Овчаров, к.т.н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (пос. Развилка, РФ), S_Ovcharov@vniigaz.gazprom.ru Ю.В. Гамера, к.ф -М.Н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Y_Gamera@vniigaz.gazprom.ru Ю.Ю. Петрова, к.ф -М.Н., ООО «Газпром ВНИИГАЗ», PetrovaYY@vniigaz.gazprom.ru
В работе кратко описываются структура и основные положения недавно введенного в действие приказом Ростехнадзора № 647 от 26.12.2019 Руководства по безопасности «Методика оценки риска аварий на опасных производственных объектах магистрального трубопроводного транспорта газа», разработанного специалистами ООО «Газпром ВНИИГАЗ» и содержащего рекомендации по проведению анализа опасностей и количественной оценки риска аварий в отношении линейной части и площадочных объектов магистральных газопроводов. Статья отражает содержание основных разделов Руководства по безопасности, в которых даны термины и определения в области количественного анализа риска аварий на магистральных газопроводах, порядок выполнения всех этапов анализа риска, включая планирование и организацию работ по анализу риска, идентификацию опасностей на различных составляющих магистральных газопроводов, оценку ожидаемой частоты возникновения аварий, определение расчетных сценариев развития аварий и условных вероятностей их реализации, расчет интенсивности и объемов аварийного истечения газа, расчет параметров распространения различных поражающих факторов аварий, оценку их воздействия на потенциальных реципиентов, расчет ущерба в денежном выражении, определение итоговых показателей риска, порядок их сопоставления с критериальными значениями риска и порядок разработки мер по снижению риска. Подчеркивается специфика реализации этих этапов в отношении линейной части магистральных газопроводов, с одной стороны, и площадочных объектов (например, компрессорных станций, газораспределительных станций) - с другой. Рассмотрены возможные направления дальнейшего совершенствования методического наполнения Руководства по безопасности с целью повышения точности и достоверности количественной оценки риска аварий на опасных производственных объектах магистральных газопроводов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: РУКОВОДСТВО ПО БЕЗОПАСНОСТИ, МЕТОДИКА, ОЦЕНКА, РИСК АВАРИИ, ОПАСНЫЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ОБЪЕКТ, МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД.
Приказом Ростехнадзора № 647 от 26.12.2018 утверждено новое Руководство по безопасности «Методика оценки риска аварий на опасных производственных объектах магистрального трубопроводного транспорта газа» [1] (далее - РБ), разработанное специалистами ООО «Газпром ВНИИГАЗ». Введенное РБ содержит методические рекомендации по проведению количественного анализа риска аварий (КолАР) на опасных производственных объектах(ОПО) магистральных газопроводов (МГ).
Руководство по безопасности может быть использовано при разработке специальных разделов проектной документации на строительство или реконструкцию ОПО МГ, документации на техническое перевооружение, капитальный ремонт, консервацию и ликвидацию данных объектов, деклараций промышленной безопасности, обоснований безопасности, планов мероприятий по локализации и ликвидации последствий аварий на ОПО МГ, а также планов меро -приятий по снижению риска аварий
и других документов в составе документационного обеспечения систем управления промышленной безопасностью.
Руководство по безопасности аккумулирует в себе многолетний опыт ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в области разработки и совершенствования научного и нормативно-методического обеспечения КолАР на линейной части (ЛЧ) и площадочных объектах МГ: компрессорных станциях (КС), газораспределительных станциях (ГРС), автомобильных газонаполни-
S.V. Ovcharov, PhD in engineering, Gazprom VNIIGAZ LLC (Razvilka, Russian Federation),
S_Ovcharov@vniigaz.gazprom.ru
Yu.V. Gamera, PhD in physics and mathematics, Gazprom VNIIGAZ LLC, Y_Gamera@vniigaz.gazprom.ru Yu.Yu. Petrova, PhD in physics and mathematics., Gazprom VNIIGAZ LLC, PetrovaYY@vniigaz.gazprom.ru
The new Safety Guide Methods for accident risk assessment at hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines
The paper represents the structure and main provisions of the Safety Guide Methods for accident risk assessment at hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines recently enacted by Rostekhnadzor order No. 647 dd. December 26, 2019. The Safety Guide was developed by Gazprom VNIIGAZ LLC experts and includes the recommendations on hazard analysis and quantitative risk assessment procedure in relation to the linear section and infrastructure sites of trunk gas pipelines. The paper reveals the main provisions of the Safety Guide stipulating the terms and definitions of gas pipeline quantitative risk analysis (QRA) methodology and the procedures of all QRA stages including the QRA planning, hazard identification at various facilities of trunk gas pipelines, expected accident rate evaluation, identification of accident scenarios, evaluation of conditional probabilities of the accident scenarios realization, forecast of the intensity and volumes of accidental gas releases, forecast of propagation of different affecting accident factors, evaluation of their influence on different recipients, monetary damage calculation, assessment of final risk indicators, the procedure of comparing the indicators with risk criteria, and the procedure of the development of risk mitigation measures. The paper puts forward the specific properties of performing the QRA stages in relation to the linear section of trunk gas pipelines, on the one hand, and infrastructure sites (for example, compressor stations, gas distribution stations), on the other hand. In the final part of the paper the possible areas of the further enhancement of the Safety Guide methodology to improve accuracy and reliability of the QRA at hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines are considered.
KEYWORDS: SAFETY GUIDE, METHODS, ASSESSMENT, ACCIDENT RISK, HAZARDOUS INDUSTRIAL FACILITY, TRUNK GAS PIPELINE.
тельных компрессорных станциях (АГНКС). Руководство базируется на корпоративных стандартах, рекомендациях и научных разработках [2-8], объединяя их актуализированные положения.
СТРУКТУРА РУКОВОДСТВА ПО БЕЗОПАСНОСТИ
Общая структура РБ, состоящего из семи разделов и 12 приложений, дана в табл. 1.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗДЕЛОВ РУКОВОДСТВА ПО БЕЗОПАСНОСТИ В разделе I «Общие положения» приведен перечень федеральных норм и правил в области промышленной безопасности (ФНП), для соблюдения требований которых разработано РБ, а также -назначение и область применения документа.
В разделе II кратко изложены цели и задачи анализа риска аварий на различных стадиях жизненного цикла (ЖЦ) ОПО МГ, исходя из постулата, что основное назначение анализа риска аварий - предоставление лицам, принимающим решения по обеспечению промышленной
безопасности (ПБ), необходимых для этого сведений (о текущем состоянии ПБ ОПО МГ; наиболее опасных составляющих ОПО; возможном количестве пострадавших; объемах ущерба производству, третьим лицам и компонентам природной среды от возможных аварий; ожидаемой частоте возникновения аварий и их нежелательных последствиях и др.), специфичных для разных стадий ЖЦ ОПО.
Раздел III «Структура показателей риска аварий» представлен перечнем показателей риска (ПР), вво -димых именно данным РБ, включающим показатели ожидаемой частоты аварий и ущерба различных уровней агрегации для ЛЧ МГ и площадочных объектов. Перечень дополнен ссылкой на РБ [9], в соответствии с которым рекомендовано рассчитывать итоговые ПР (потенциальный, индивидуальный, коллективный, социальный). Показатели риска количественно характеризуют опасность аварии и используются для ранжирования составляющих ОПО МГ по степени опасности и обоснования приоритетов в мероприятиях по обеспечению ПБ ОПО МГ.
В разделе IV констатируется, что перечень этапов КолАР для ОПО МГ в целом совпадает с рекомендуемым в основополагающем РБ [9], включая планирование и организацию работ по КолАР, идентификацию опасностей, оценку частоты аварий и их сценариев, расчет распространения поражающих факторов аварий (ПФА), оценку количества пострадавших, уничтоженных и поврежденных имущественных и природных компонентов, оценку ущерба, расчет итоговых ПР, определение степени опасности различных составляющих ОПО и разработку рекоменда -ций по уменьшению риска.
Центральными разделами РБ являются раздел V (процедура КолАР для ЛЧ МГ) и раздел VI (КолАР для площадочных объектов МГ), каждый из которых структурирован в соответствии с классической последовательностью [9, 10] этапов анализа риска аварий на ОПО. С этими разделами связана большая часть (11 из 12) приложений, описывающих математические модели, предназначенные для реализации КолАР применительно к ОПО МГ.
Таблица 1. Структура Руководства по безопасности «Методика оценки риска аварий на опасных производственных объектах магистрального трубопроводного транспорта газа»
Table 1. Structure of the Safety Guide Methods for accident risk assessment at hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines
Разделы РБ и связанные с ними приложения The Safety Guide sections and related appendices
I. Общие положения
Приложение 1. Термины и определения (относится ко всем семи разделам РБ)
I. General provisions
Appendix 1. Terms and definitions (related to all seven sections of the Safety Guide)
II. Цели и задачи анализа риска аварий на различных этапах жизненного цикла опасных производственных объектов магистральных газопроводов
II. Aims and purposes of accident risk analysis at various stages of the life cycle of hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines
III. Структура показателей риска аварий
III. Structure of accident risk factors
IV. Основные этапы количественного анализа риска аварий
IV. Main stages of quantitative analysis of the accident risk
V. Количественный анализ риска аварий на линейной части магистральных газопроводов
Приложение 2. Характеристики опасных веществ, обращающихся на опасных производственных объектах магистральных газопроводов
Приложение 3. Последовательность расчета количеств опасных веществ на некоторых составляющих опасных производственных объектов магистральных газопроводов
Приложение 4. Обобщенное дерево отказов для подземного магистрального газопровода
Приложение 5. Балльно-факторная оценка ожидаемой частоты аварий на участке газопровода
Приложение 7. Расчет интенсивности истечения и количества выбрасываемого газа при разрушениях газопроводов
Приложение 8. Расчет разлета осколков при разрушении газопроводов и сосудов с газом под давлением
Приложение 9. Расчет параметров газового облака, сформированного при аварийном истечении газа
Приложение 10. Расчет теплового излучения от пожаров при авариях на опасных производственных объектах магистральных газопроводов
Приложение 11. Критерии поражающего воздействия различных поражающих факторов аварии на человека, имущество, компоненты природной среды
Приложение 12. Оценка ущерба от аварий на опасных производственных объектах магистральных газопроводов
V. Quantitative analysis of the accident risk for the linear section of trunk gas pipelines
Appendix 2. Properties of hazardous substances present at hazardous industrial facilities of trunk gas pepelines
Appendix 3. The calculation of the quantity of hazardous substances at certain elements of hazardous industrial facilities of trunk
gas pipelines
Appendix 4. Generalized failure tree for underground trunk gas pipelines
Appendix 5. Point and factor assessment of expected accident rate for a gas pipeline section
Appendix 7. Calculation of the release rate and the volume of discharged gas in case of gas pipeline destruction
Appendix 8. Calculation of fragment dispersion in case of destruction of gas pipelines and pressure gas vessels
Appendix 9. Calculation of the parameters of gas cloud generated by accident gas release
Appendix 10. Calculation of fire heat radiation in case of accidents at hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines Appendix 11. Destructive effect criteria of various accident affecting factors on humans, property and environment Appendix 12. Assessment of the damage caused by accidents at hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines
VI. Количественный анализ риска аварий на площадочных объектах магистральных газопроводов Приложение 2, Приложение 3 (наименования приложений см. выше)
Приложение 6. Оценка ожидаемой частоты аварий на площадочных объектах магистральных газопроводов Приложение 7, Приложение 8, Приложение 9, Приложение 10, Приложение 11, Приложение 12
VI. Quantitative analysis of the accident risk for infrastructure facilities of trunk gas pipelines Appendix 2, Appendix 3 (see the names above)
Appendix 6. Assessment of expected accident rate for infrastructure facilities of trunk gas pipelines Appendix 7, Appendix 8, Appendix 9, Appendix 10, Appendix 11, Appendix 12
VII. Обоснование порядка подтверждения выполнения требований федеральных норм и правил в области промышленной безопасности на опасных производственных объектах магистральных газопроводов
VII. Substantiation of the procedure for confirming the compliance with requirements of the federal norms and rules on industrial safety at hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines
Начальные подразделы разделов V, VI посвящены стадии организации работ по КолАР. Такое планирование подразумевает, прежде всего, анализ технического задания (ТЗ) на выполне-
ние КолАР, по итогам которого в зависимости от обозначенного в ТЗ результата работы (например, разработки декларации промышленной безопасности (ДПБ)) осуществляется определение
цели,задач и глубины анализа риска, а также состава и объема необходимых исходных данных (ИД). Исходные данные включают сведения о конструктивных и технологических параметрах
Таблица 2. Типовые группы сценариев аварий на ЛЧ МГ
Table 2. Standard accident scenarios for the linear section of trunk gas pipelines
Обозначение группы Group name Описание группы сценариев Scenario group description ПФА Accident affecting factor
Cj «Пожар в котловане» Cj Fire in the pit Горение низкоскоростного вертикального или наклонного шлейфа газа, образовавшегося в результате смешения двух струй газа, истекающих из концов разорвавшегося МГ в грунтовом котловане (в грунтах с высокой связностью) Burning of low-speed vertical or inclined gas trail caused by mixing of two gas streams released from the ends of ruptured trunk gas pipeline in the pit (in highly viscous soils) Разлет осколков Воздушная ударная волна (ВУВ) Тепловое излучение Токсичные продукты сгорания Fragment dispersion Air blast wave Heat radiation Toxic combustion products
C2 «Две горящие струи газа» С2 Two burning gas streams Горение двух свободных высокоскоростных струй газа, истекающих из двух концов разрушенного МГ, вырванных из грунта (в грунтах с низкой связностью) или сорванных с опор (для надземного участка газопровода) Burning of two free high-speed gas streams released from two ends of destroyed trunk gas pipeline torn from the soil (in low cohesion soils) or blown from the supports (for the overhead section of gas pipeline) Разлет осколков ВУВ Скоростной напор струи Прямое воздействие пламени Тепловое излучение Токсичные продукты сгорания Fragment dispersion Air blast wave High-speed stream pressure Direct fire impact Heat radiation Toxic combustion products
C3 «Рассеивание низкоскоростного шлейфа газа» С3 Lowspeed gas trail dispersion Рассеивание без воспламенения низкоскоростного шлейфа газа, истекающего из грунтового котлована Dispersion of low-speed gas trail released from the pit without inflammation Разлет осколков ВУВ Попадание природного газа в атмосферу Fragment dispersion Air blast wave Natural gas release to the atmosphere
C4 «Рассеивание двух струй газа» С4 Dispersion of two gas streams Рассеивание без воспламенения двух свободных высокоскоростных струй газа Dispersion of two free high-speed gas streams without inflammation Разлет осколков ВУВ Скоростной напор струи Попадание природного газа в атмосферу Fragment dispersion Air blast wave High-speed stream pressure Natural gas release to the atmosphere
ОПО МГ, их техническом состоянии, грунтовых и гидрологических условиях, климатических, ландшафтных, эксплуатационных характеристиках, количестве персонала и т. п. При этом особого внимания при сборе ИД требуют сведения о характеристиках объектов социального, природного и хозяйственно-промышленного окружения МГ (зданий, сооружений, коммуникаций, транспортных средств, лесов, сельхозугодий, численности людей), включая стоимость объектов, существенно влияющую на показатели ущерба от аварий. Этап завершается обоснованием уровней допустимого риска как базы для сравнения с ними расчетных ПР.
В подразделах 5.3, 6.3 описывается порядок выполнения идентификации опасностей и определения возможных сценариев аварий на ОПО МГ. Идентифицируются опасные составляющие ОПО МГ, определяются перечень и распределение опасных веществ (ОВ) по ним с указанием опасных свойств и количества ОВ (с использованием приложений 2, 3), возможные нежелательные события и причины их возникновения на разных составляющих ОПО (с по -мощью приложения 4). Для ЛЧ МГ идентифицируются потенциально опасные участки (ПОУ), вблизи которых располагаются населенные пункты,сторонние организации, сельхозугодья, дороги, леса и дру -
гие уязвимые объекты, для них далее рассчитываются ПР.
Структуру возможных сценариев аварий в подразделах 5.3, 6.3 реко -мендуется строить по иерархической схеме. Применительно к ЛЧ МГ имеют место два уровня иерархии. На верхнем уровне определяются типовые группы сценариев ^...С, (табл. 2). В свою очередь, каждая группа сценариев может включать в себя определенное количество расчетных сценариев C.., где i -номер группы сценариев; ] - номер сценария в /-й группе.
Расчетный сценарий С.. той или иной группы - это один из вариантов реализации соответствующего физического проявления аварии. Такая конкретная реали-
зация определяется как факторами, влияющими на характер поступления газа в атмосферу (давление газа, время закрытия отсекающих устройств и т. п.), так и факторами, влияющими на особенности распространения в окружающей среде ОВ или энергии (в частности, метеопараметрами). Варьируя значения данных факторов, можно сформировать любой набор расчетных сценариев, образующих полную группу несовместных событий для конкретного технологического элемента, на котором происходит авария.
Для площадочных объектов введены три уровня сценарной иерархии. На самом верхнем уровне определяются типовые опасные составляющие площадочного объекта (ОСПО): газопроводы подземные (ГП), газопроводы надземные наружные (ГНН), газопроводы надземные внутренние (ГНВ), трубопроводы горючей стабильной жидкости (ЖС), включающие смежные с ними емкости. Для каждого типового ОСПО определены специфичные группы сценариев. Так, для ОСПО типа «ГП» группы сценариев такие же, как для подземных участков ЛЧ МГ, а, например, для ОСПО типа «ГНВ» обозначены только две группы сценариев: «Пожар колонного типа в загроможденном пространстве» и «Рассеивание газа без воспламенения». Эта иерархическая сценарная структура, базирующаяся на методе анализа деревьев событий, введена для обеспечения четкой формализации всех вероятностных расчетов на дальнейших этапах КолАР.
В подразделах 5.4, 6.4 освещается алгоритм оценки ожидаемых частот аварий соответственно на ЛЧ МГ и площадочных объектах, а также расчета условных вероятностей реализации расчетных сценариев аварий. Применительно к ЛЧ МГ ожидаемая частота аварий на ПОУ МГ рассчитывается как произведение удельной частоты аварий Хп на длину ПОУ, в свою очередь, Хп - по балльно-факторной мето-
дике экспертной оценки ожидаемой частоты аварий на участке газопровода, изложенной в приложении 5 к РБ. Методика оперирует следующими группами факторов влияния: «Возможные воздействия третьих лиц», «Наружная коррозия», «Коррозия под напряжением», «Качество производства труб и оборудования», «Качество строительно-монтажных работ», «Природные воздействия», «Уровень технической эксплуатации» с установленными экспертным путем весовыми коэффициентами и шкалами балльных оценок для каждого фактора внутри каждой группы. Суть методики состоит в том, чтобы для анализируемого участка МГ определить значение интегрального коэффициента квл, показывающего, во сколько раз частота аварий (А,п) на данном участке отличается от «базовой» удельной частоты аварий (А.ср), за которую принята среднестатистическая частота аварий на МГ Единой системы газоснабжения (ЕСГ) РФ за последние пять лет:
I т
-, (1)
к =
= к к
рег возр
/=1 №
,В(ср) и
I т
I Хр,-
1=1 м
где квл - интегральный коэффициент влияния; Хп -удельная частота аварий на анализируемом участке МГ аварий/(кмгод); Хср - средняя удельная частота аварий по МГ ЕСГ России в целом за последние 5 лет, аварий/(км.год); крег - региональный коэффициент влияния; квозр - возрастной коэффициент влияния; ккат - категорийный коэффициент влияния; Вср -балльная оценка среднестатистического участка газопровода ЕСГ РФ, аварийность на котором соответствует Я,ср, баллы; В.. - балльная оценка наблюдаемого на анализируемом участке МГ «натурального» значения фактора Г., определяемая с помощью соответствующей балльно-факторной функции, баллы; р. - доля (весовой коэффициент) /-й группы факторов влияния; ц.. - доля (весовой коэффициент) .-го фактора влияния в /-й группе; I = 7 - общее число расчетных групп факторов влияния; 3 - общее число факторов влияния в /-й группе.
Оценку ожидаемой частоты аварий на площадочных объектах МГ в РБ рекомендуется выполнять с использованием результатов анализа статистики Ростехнадзора по авариям и отказам на КС, ГРС, АГНКС, приведенных в подразделе 6.4, с учетом дифференциации ОПО на построенные до и после 2000 г. С целью установления влияния на ожидаемую частоту аварий специфических условий функционирования объектов, проводимых ремонтов, изменяющихся природных условий предлагается оценивать вариабельность частоты методами логико-вероятностного моделирования с помощью приложения 6 РБ на основе событийно-логического подхода. Данный подход [4, 7] предусматривает (на основе выбранной логической схемы, например,
дерева отказов) построение логической функции состояния системы (ФСС), позволяющей определить все комбинации состояния ее элементов, приводящие к аварии. Далее с помощью ФСС определяется вероятностная функция (ВФ) аварии, и на основе ВФ и заданных вероятностных параметров состояния элементов рассчитывается ожидаемая частота аварии.
Во вторых частях подразделов 5.4, 6.4 приведен порядок определения условных вероятностей реализации расчетных сценариев аварии на ОПО МГ Р (С..\А) (при условии, что авария А произошла). Так, применительно к подземным МГ определены следующие общие выражения для расчета условных вероятностей на базе соответствующего дерева событий, приведенного в подразделе 5.3 РБ: для сценариев из групп С1, С2 (с возгоранием газа)
Р(С.. U
А) = Р(В\А)Р(С^АВ)Р(С..
ABC.), i = 1, 2, /
(2)
где Р(С..\А) - условная вероятность реализации .-го расчетного сценария аварии из /-й группы сценариев при условии возникновения аварии А на анализируемом участке МГ; А - событие, состоящее в воз -никновении аварии (разрыв МГ); В - событие, состоящее в возгорании истекающего газа сразу после разрыва МГ; С. - событие, состоящее в реализации /-го типа физического проявления аварии (/-й группы сценариев аварии); С.. - событие, состоящее в реали -зации.-го расчетного сценария аварии из /-й группы сценариев; Р(В\А) - условная вероятность возгорания газа при условии, что произошла авария А; Р(С\АВ) -условная вероятность реализации хотя бы одного из сценариев /-й группы сценариев С при условии, что при аварии произошло возгорание истекающего газа; Р(С.\АВС) - условная вероятность реализации .-го расчетного сценария аварии из /-й группы сце -нариев при условии ее реализации и реализации аварии с возгоранием газа; для сценариев из групп С3, С4 (без возгорания газа)
Р(С.. U
А) = Р(В\А)Р(С.АВ)Р(С„
ABC.), i = 3, 4, /
(3)
где В - событие, состоящее в отсутствии возгорания газа сразу после разрыва МГ; Р(б|А) - условная вероятность отсутствия возгорания газа при условии, что произошла авария А (разрыв МГ); Р(С\Аб) -условная вероятность реализации хотя бы одного из сценариев /-й группы сценариев С при условии, что при аварии не произошло возгорание истекающего газа; Р(С.|А6С) - условная вероятность реализации .-го расчетного сценария аварии из /-й группы сце -нариев при условии ее реализации и реализации аварии без возгорания газа.
Для определения входящих в указанные формулы параметров рекомендуется использовать
статистические данные по относительным частотам возгорания/невозгорания газа при разрыве МГ, относительным частотам возникновения выброса газа шлейфового или струйного типа и относительным частотам реализации различных возможных значений факторов, участвующих в формировании сценариев, в частности метеопараметров.
Большие подразделы 5.5, 6.5 РБ освещают порядок расчета процессов формирования, распространения и воздействия ПФА на потенциальных реципиентов.
Данные подразделы начинаются с описания порядка определения интенсивности аварийного истечения ОВ для каждого расчетного сценария C. аварии. В качестве основного подхода для оценки параметров истечения газа (скорости, расхода и массы выброса) путем численного моделирования в приложении 7 РБ рекомендуется использовать классическую систему уравнений газодинамики, описывающую нестационарное одномерное движение в трубе. Как альтернатива этого подхода в приложении изложены приближенные инженерные методы расчета интенсивности истечения газа для трех случаев: разгерметизация однониточного МГ, разгерметизация нитки многониточного МГ при открытых кранах на перемычках, разгерметизация технологической линии на площадочном объекте (на примере КС).
Далее в тех же подразделах РБ указан порядок выполнения важного этапа анализа, на котором для каждого сценария C.. аварии определяются распределения в пространстве физических характеристик следующих ПФА: осколков разрушенного МГ или оборудования, ВУВ и воздушной волны сжатия (ВВС), динамического давления высокоскоростных струй газа,загазованности, тепловой радиации от пожара.
При разрыве МГ количество образующихся осколков, их форма и направление полета предполагаются величинами случайными. Принято, что направления движения осколков равновероятны, их рассеивание по площади зависит только от расстояния от места разрыва МГ, а зона осколочного воздействия обладает формой круга, размеры которого определяются максимальной дальностью r полета осколков,
" max
рассчитываемой по новой аналитической математической модели [8], изложенной в приложении 8 РБ. Кроме этого, модель позволяет рассчитать вероятности попадания осколков в заданные области, условные вероятности поражения человека осколками как функции расстояния от аварийного источника и, соответственно, размеры зоны осколочного поражения.
Определение параметров барического воздействия, сопровождающего аварии на МГ, в РБ предлагается выполнять при обоснованной предпосылке о превалировании эффекта от расширения газа (физического взрыва с возникновением ВУВ) над эффектом, связанным с возможным воспламенением газа, его
а) a)
Тепловое воздействие наклонной горящей струи на поверхность грунта Heat impact of an inclined burning stream on the soil surface
0 = 1400 мм 0„ = 1400 mm
u = 5 м/с
100
50
2 ш 5 со
G = 1000 кг/с и =5 m/s
е = 1000 kg/s
ь
q=Eyv ■fcz
4 —
= 30'
150
100
50
6) b)
I 50 100 150 200 250
Расстояние от источника, X, м Distance from the source, X, m
Тепловое воздействие на поверхность грунта от пожара при разрыве газопровода с 0у = 1200 мм, Р^ = 7,5 МПа Heat impact on the soil surface caused by fire generated during gas pipeline rupture with DH = 1200 mm, Рш = 7.5 MPa
Аварийный расход газа Gv кг/с Accident gas flow rate, G2, kg/s 1000
Эквивалентный диаметр очага пожара, D м Fire seat equivalent diameter, Deq, m 30 40 60
Высота пламени, L, м Flame height, L, m 246 212 171
Номер кривой Curve number 1, 4 2, 5 3, 6
150
45 6
Угол отклонения пламени
100
ЭС
I ^
S> о R 1С
>5 О
50
50 100 150 200 250 200 350 250 Расстояние от источника, X, м Distance from the source, X, m
Рис. 1. Результаты расчета тепловых потоков облучения от пожаров на МГ
Fig. 1. Results of calculation of heat radiation fluxes caused by trunk gas pipeline fires
сгоранием в дефлаграционном режиме и генерацией в окружающем пространстве ВВС, барические эффекты от которой на откры-
том пространстве незначительны. При этом распределение в пространстве избыточного давления и импульса ВУВ предписывается
рассчитывать методами численного моделирования, освещенными в том числе в РБ [11].
Динамическое давление направленных газовых потоков определяется в случае разрыва наземного или надземного МГ, а также подземного МГ с вырыванием из грунта плетей газопровода, когда истечение сжатого газа из концов трубы происходит в виде высокоскоростных струй с их распространением в пространстве. При взаимодействии с препятствиями (людьми, сооружениями) газовые потоки оказывают на них напорное воздействие. Распределение динамического давления газовых струй в пространстве рекомендуется в РБ рассчитывать методами вы -числительной гидродинамики.
В качестве рекомендуемой модели расчета зон теплового воздействия от пожара в РБ показана модель поверхностного излучателя, разработанная с учетом результатов работ [12, 13] для нескольких вариантов геометрии пламени. Так, пожар в котловане при аварии на МГ моделируется в виде цилиндра, вертикального или наклонного, наклонное струевое пламя - в виде усеченного конуса, настильные горящие струи - в виде горизонтальных полуцилиндров. Тепловой поток д на разных расстояниях от пожара рассчитывается как произведение интенсивности излучения с поверхности пламени, коэффициента атмосферного поглощения и углового коэффициента облучения. Для расчета последнего в РБ приведены аналитические выражения для перечисленных выше вариантов геометрии пламени. Результаты расчета д представляют в виде графиков зависимости д от расстояния (рис. 1) и в виде изолиний д.
После расчета распределений физических характеристик ПФА оценивается количество пострадавших через предварительный расчет зон потенциального поражения (ЗПП). Зона потенциального поражения - это зона территориального распределения условных вероят-
Таблица 3. Критерии поражающего воздействия и функции степени поражения имущественных и природных компонентов (фрагмент)
Table 3. Destructive effect criteria and damage level functions for property and environment (fragment)
Поражаемые объекты Damaged facilities ПФА Accident affecting factor Критерий поражающего воздействия Destructive effect criteria Шкала степеней повреждения Damage scale k повр kd dam
Здания и сооружения, транспортные средства, автодороги Разлет осколков Fragment dispersion Характеристический критерий -соотношение масс осколка и поражаемого объекта Characteristic criterion - relation of the fragment weight to the damaged facility weight Слабое Minor Среднее 0,1 0,4
(наличие пожарной нагрузки) Buildings and structures, vehicles, highways (fire load) ВУВ Air blast wave Характеристический критерий -избыточное давление ДРф Characteristic criterion - Excess pressure ДР( Medium Сильное Major Полное разрушение Complete destruction 0,7 1,0
Тепловая радиация Heat radiation Характеристический критерий -тепловой поток q Characteristic criterion - heat flux q
Лесные угодья Forest land Тепловая радиация Heat radiation Характеристический критерий -критический тепловой поток 7 кВт/м2 Characteristic criterion - critical heat flux 7 kW/m2 q > 7 - выгорание или повреждение деревьев до степени прекращения роста q > 7 - burn out or damage of trees to the degree of growth cessation 1,0
J 1 Полное разрушение Complete destruction
S se1 ю _- 0 S 1 s 0,7 Сильное повреждение Major damage
S ai S" со ЭЕ с S. « m о .±i с л ^ 0,4 Среднее повреждение Medium damage
ai 1 0,1 Слабое повреждение Minor damage ^ ^ ьрп AP„ ьри Избыточное давление на фронте воздушной ударной волны, ДЯф, кПа Excess pressure at the air blast wave front, APf, kPa
Рис. 2. Пример функции степени повреждения зданий от избыточного давления ВУВ Fig. 2. An example of building damage function of air blast wave excess pressure
ностей поражения (УВП) человека заданным ПФА, ограниченная изолинией УВ гибели человека, равной 0,01. Способ расчета УВП зависит от вида ПФА и соответствующего критерия поражающего воздействия. Например, в случае воздействия на людей тепловой радиации таким критерием является тепловая доза, рассчитываемая через тепловой поток в точке нахождения человека и время экспозиции. Подставляя значение дозы в выражение специально подобранной для данной категории реципиентов пробит-функции, получают ее значение, которое далее фигурирует в качестве аргумента в интеграле Гаусса, позволяющего рассчитать УВП человека в заданной точке территории. Расчет в каждой точке территории значений УВП дает возможность построить ЗПП в виде изолиний УВП. Количество пострадавших определяется числом людей, оказавшихся в превалирующей ЗПП для каждого расчетного сценария аварии, с учетом территориального распределения людей.
Далее в РБ представлен порядок расчета степени повреждения к и количества поврежденного
повр г "
имущества и компонентов природ-
ной среды с помощью специально установленных критериев поражающего воздействия, пример которых приведен в табл. 3.
Как видно из таблицы, тип критерия зависит от вида ПФА и вида потенциально поражаемого объекта. В свою очередь, функция степени поражения к зависит
~ повр
от типа критерия поражающего воздействия и может быть либо
ступенчатой (рис. 2), либо кусочно-линейной, либо функцией двух состояний (0 - нет поражения; 1 -полное уничтожение), введенной для случая воздействия тепловой радиации на леса, сельхозкультуры и почвы.
В подразделах 5.6, 6.6 РБ соответственно для ЛЧ МГ и площадоч -ных объектов описан этап КолАР «Оценка ущерба», в ходе которого
осуществляется «перевод» полученных ранее числа пострадавших, количества поврежденного имущества и компонентов природной среды при реализации того или иного сценария С., аварии в денежном выражении с помощью изложенной в приложении 12 РБ методики расчета ущерба. Определяются пять его составляющих: социально-экономический ущерб (связанный с гибелью и травмированием людей); прямой ущерб производству; ущерб имуществу других лиц; затраты на локализацию, ликвидацию и расследование причин аварий; экологический ущерб. Подход основан на методике Ростехнадзора [14], но при этом конкретизирован под специфику газотранспортной отрасли. В качестве примера нововведений можно отметить включение в расчетные формулы социально-экономического ущерба стоимости 5ж среднестатистической жизни человека для определения размера компенсационных выплат родственникам погибших.
Подразделы 5.7, 6.7 РБ посвящены рекомендациям по расчету итоговых ПР (потенциального, индивидуального, коллективного, социального рисков и ожидаемого годового ущерба) на основании рассчитанных на предыдущих этапах КолАР ожидаемых частот возникновения аварий, условных вероятностей реализации расчетных сценариев аварии и ЗПП. В частности, применительно к ЛЧ МГ, для расчета потенциального риска рассматриваемый участок (ПОУ) МГ разбивается на М элементарных отрезков длиной А^, на каждом из которых предполагается разрыв МГ. Последовательно для каждого такого разрыва в каждой точке Е (х, у) расчетной сетки, «наложенной» на территорию вблизи ПОУ, определяются условные вероятности гибели незащищенного человека Р®™) (х, у) для каждого сценария аварии. При этом полагается, что на всех отрезках в пределах ПОУ частоты аварии = ХпЛЕ и набор расчетных сценариев С.. с их условными вероятностями реализации одинаковы. С учетом этого потенциальный риск в каждой точке Е (х, у), согласно РБ, рассчитывается как
м I до
й= 1(4)
где (х, у) - потенциальный риск в точке Е (х, у) территории, прилегающей к к-му ПОУ, 1/год; к - номер ПОУ; - частота возникновения аварии на элементарном участке в составе к-го ПОУ, аварий/год / = Хп-А 1-, где Хк- удельная частота аварий на к-ом ПОУ, аварий/(кмгод), Д^ - длина элементарного участка в составе к-го ПОУ, км); т - номер элементарного участка в составе ПОУ; М - количество элементарных участков в составе ПОУ; / - номер группы сценариев аварии; I - количество групп сценариев аварии;/ - номер расчетного сценария аварии в группе; J(/) - количество расчетных сценариев аварии в /-й группе; Р®"* - условная вероятность гибели человека
в точке Е (х, у) территории при реализации /-го расчетного сценария аварии из /-й группы сценариев при возникновении аварии на т-ом элементарном участке; Р(С.|А) - условная вероятность реализации /-го расчетного сценария аварии из /-й группы сценариев при условии возникновения аварии А на т-ом элементарном участке.
Расчеты индивидуального, коллективного и социального рисков в РБ рекомендуется проводить по формулам, изложенным в Руководстве по безопасности [9].
Последним расчетным этапом КолАР является установление степени опасности аварий и определение наиболее опасных составляющих ЛЧ МГ или площадочных объектов; он представляет собой, по сути, процедуру сравнения расчетных ПР с заданными «базами сравнения», интерпретируемыми как предельно допустимые или среднестатистические уровни риска, различающиеся для персонала ОПО и населения. В РБ предлагается выполнять данный этап в соответствии с рекомендациями приложения 6 РБ [9].
Завершает центральные разделы 5, 6 РБ описание порядка разработки рекомендаций по снижению риска аварий на ЛЧ МГ и площадочных объектах, которая должна базироваться на результатах КолАР, используемых для приоритизации мероприятий, направленных на компенсацию рисков и обеспечение безопасной эксплуатации ОПО МГ.
ВЫВОДЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Таким образом, можно заключить, что в своей текущей редакции новое РБ - методически выверенный руководящий документ федерального уровня, охватывающий полный цикл КолАР для ОПО МГ и органично встроенный при этом в существую -щую систему нормативно-методических документов Ростехнадзора. Руководство по безопасности проходит в настоящее время апробацию, находя применение в практических оценках риска аварий на МГ, выполняемых различными научными и проектными организациями. Следует отметить, что в ходе апробации начали просматриваться возможные направления дальнейшего совершенствования методического наполнения РБ с целью повышения точности и достоверности КолАР на объектах МГ.
Так, целесообразно уточнить расчетные соотношения для определения геометрических размеров «пожара в котловане» (приложение 7), поскольку при больших величинах расхода истекающего в атмосферу из разрушенного МГ газа они дают несколько завышенные значения эффективного диаметра пожара. Немаловажен вопрос и о снятии ограничения расчетов углового коэффициента облученности от наклонного пламени «пожара в котловане» только по двум направлениям (по ветру и поперек), присущего не только настоящему РБ,
но и нормативно-методическим документам МЧС России [15].
Следует также внести коррективы в разделы, посвященные рассеиванию газа в атмосфере, с учетом особенностей протекания данного процесса при наличии мощных инверсионных слоев в атмосфере, характерных для арктических районов.
И наконец, РБ необходимо дополнить новыми методическими материалами для расчетов на-
порного воздействия высокоскоростной струи газа и барических воздействий от физических и химических взрывов природного газа в открытой атмосфере с учетом его положительной плавучести.
Указанные направления совершенствования РБ потребуют проведения специальных дополнительных исследований, в том числе и натурных экспериментов. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Руководство по безопасности «Методика оценки риска аварий на опасных производственных объектах магистрального трубопроводного транспорта газа» (утверждено приказом Ростехнадзора от 26.12.2018 № 647) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru (дата обращения: 17.07.2019).
2. СТО Газпром 2-2.3-351-2009. Методические указания по проведению анализа риска для опасных производственных объектов газотранспортных предприятий ОАО «Газпром». М.: ОАО «Газпром», 2009. 373 с.
3. Рекомендации по учету влияния технико-технологических, природно-климатических и других факторов при прогнозировании аварийности на магистральных газопроводах ОАО «Газпром». М.: ОАО «Газпром», 2007. 118 с.
4. СТО Газпром 2-2.3-1106-2017. Оценка ожидаемой частоты аварий на компрессорных станциях магистральных газопроводов при проектировании. СПб.: ООО «Газпром инфо», 2018. 134 с.
5. Р Газпром 2-2.3-1121-2017. Методические рекомендации по разработке деклараций промышленной безопасности объектов магистрального трубопроводного транспорта газа и газового конденсата. СПб.: ООО «Газпром инфо», 2018. 115 с.
6. Овчаров С.В., Сафонов В.С. Балльно-факторный метод оценки ожидаемой частоты аварий на газопроводах - новая интерпретация не нового подхода // Проблемы системной надежности и безопасности транспорта газа: сб. науч. тр. М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2008. С. 240-263.
7. Гамера Ю.В., Бурутин О.В., Овчаров С.В. и др. Логико-вероятностный метод прогнозирования ожидаемой частоты аварий на проектируемых компрессорных станциях магистральных газопроводов // Вести газовой науки. 2017. № 1 (29). С. 71-82.
8. Гамера Ю.В., Овчаров С.В., Петрова Ю.Ю. Новые методические подходы к оценке воздействия поражающих факторов аварий без возгорания газа на опасных производственных объектах магистральных газопроводов // Газовая промышленность. 2017. № 2 (748). С. 17-24.
9. Руководство по безопасности «Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах» (утверждено приказом Ростехнадзора от 11.04.2016 № 144) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:// docs.cntd.ru (дата обращения: 15.07.2019).
10. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности для опасных производственных объектов магистральных трубопроводов» (утверждены приказом Ростехнадзора от 06.11.2013 № 520) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http:// docs.cntd.ru (дата обращения: 15.07.2019).
11. Руководство по безопасности «Методика оценки последствий аварий на взрывопожароопасных химических производствах» (утверждено приказом Ростехнадзора от 20.04.2015 № 160) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru (дата обращения: 15.07.2019).
12. Heskestad G. Luminous heights of turbulent diffusion flames // Fire Safety Journal. 1983. No. 5. Pp. 103-108.
13. Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров/пер. с англ. К.Г. Бомштейна; под ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е. Макарова. М.: Стройиздат, 1990. 424 с.
14. РД 03-496-02. Методические рекомендации по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах (утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 29.10.2002 № 63) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru (дата обращения: 15.07.2019).
15. Методика определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах (с изменениями на 14.12.2010). Приложение к приказу МЧС России от 10.07.2009 № 404 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru (дата обращения: 15.07.2019).
REFERENCES
(1) The Safety Guide Methods for accident risk assessment at hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines (approved by the Order of Rostekhnadzor No. 647 dd. December 26, 2018). Available from: http://docs.cntd.ru [Accessed 17th July 2019]. (In Russian)
(2) STO Gazprom 2-2.3-351-2009. Methodical instructions on conduct of risk analysis for hazardous industrial facilities of gas transporting enterprises of Gazprom PJSC. Moscow: Gazprom PJSC; 2009. (In Russian)
(3) Recommendations for taking into account the technical, technological, natural, climatic and other factors when forecasting the accident rate of trunk gas pipelines of Gazprom PJSC. Moscow: Gazprom PJSC; 2007. (In Russian)
(4) STO Gazprom 2-2.3-1106-2017. Assessment of the expected accident rate at compressor stations of trunk gas pipelines at the design stage. St. Petersburg: Gazprom info LLC; 2018. (In Russian)
(5) R Gazprom 2-2.3-1121-2017. Methodological recommendations for development of industrial safety declarations for gas and gas condensate trunk pipeline facilities. St. Petersburg: Gazprom info LLC; 2018. (In Russian)
(6) Ovcharov SV, Safonov VS. Point and factor method for assessment of the expected accident rate of gas pipelines: a new interpretation
of an existing approach. Gas transmission: overall reliability and safety issues. Collection of research papers. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC; 2008. Pp. 240-263. (In Russian)
(7) Gamera YuV, Burutin OV, Ovcharov SV, etc. Logical and probabilistic method for forecasting the expected accident rate of designed compressor stations of trunk gas pipelines. Gas industry newsletter (Vesti gazovoy nauki). 2017; 1 (29): 71-82. (In Russian)
(8) Gamera YuV, Ovcharov SV, Petrova YuYu. New methodical approaches to assessment of the impact of accident affecting factors without inflammation at hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines. Gas industry (Gazovaya promyshlennost). 2017; 2 (748): 17-24. (In Russian)
(9) The Safety Guide Methods for performing hazards analysis and accident risk assessment at hazardous industrial facilities (approved by the Order of Rostekhnadzor No. 144 dd. April 11, 2016). Available from: http://docs.cntd.ru [Accessed 15th July 2019]. (In Russian)
(10) Federal norms and rules on industrial safety Safety rules for hazardous industrial facilities of trunk gas pipelines (approved by the Order of Rostekhnadzor No. 520 dd. November 6, 2013). Available from: http://docs.cntd.ru [Accessed 15th July 2019]. (In Russian)
(11) The Safety Guide Methods for assessment of accident consequences at explosive and flammable chemical production sites (approved by the Order of Rostekhnadzor No. 160 dd. April 20, 2015). Available from: http://docs.cntd.ru [Accessed 15th July 2019]. (In Russian)
(12) Heskestad G. Luminous heights of turbulent diffusion flames. Fire Safety Journal. 1983; 5: 103-108.
(13) Drysdale D. An introduction to fire dynamics. Russian translation by KG Bomshteyn; edited by YuA Koshmarov, VE Makarovs. Moscow: Stroyizdat; 1990.
(14) RD 03-496-02. Methodical recommendations for assessment of the accident damage at hazardous industrial facilities (approved by the Order of Rostekhnadzor No. 63 dd. October 29, 2002). Available from: http://docs.cntd.ru [Accessed 15th July 2019]. (In Russian)
(15) Methods for calculating estimated fire risk at industrial facilities (with amendments as of December 14, 2010). Appendix to the Order of EMERCOM of Russia No. 404 dd. July 10, 2009. Available from: http://docs.cntd.ru [Accessed 15th July 2019]. (In Russian)
