CC BY
23Т Е Х Н И Ч Е С К И Е
НАУКИ
УДК 62-7
Е.В. Сугак, А.А. Григорьев
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
В статье разобраны основные причины аварий на предприятиях нефтеперерабатывающей отрасли и способы их предотвращения путем обеспечения надежности эксплуатации и ремонта трубопроводных систем. Проведен анализ статистических данные по авариям, возникающим на предприятиях нефтепереработки. Отдельно рассмотрены причины возникновения отказов трубопроводных систем.
В работе также представлены основные способы повышения эксплуатационной надежности трубопроводов на этапе их проектирования, проанализированы методы защиты от перегрузок по давлению, от воздействия коррозионной среды.
Ключевые слова: надежность, переработка нефти, коррозия, аварии на промышленных предприятиях.
Технологические трубопроводы являются неотъемлемой частью нефтеперерабатывающих предприятий. По ним транспортируется углеводородное сырье, вода, химические вещества и отходы переработки при производстве нефтепродуктов. Поскольку по технологическим трубопроводам транспортируются пожаро- и взрывоопасные среды, то эксплуатация таких систем ставит под угрозу безопасную работу предприятия.
Определяющим критерием безопасности трубопроводов является их надежность — один из основных показателей качества любой конструкции (системы), заключающийся в способности выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные свойства в течение требуемого промежутка времени "жизненного цикла".
Непосредственно объекты нефтепереработки являются сложными технологическими системами, состоящими из различных элементов: основного оборудования, к которому относятся трубопроводы, насосно-компрессорные механизмы, реакторы, резервуары и вспомогательных систем, обеспечивающих регламентированное взаимодействие технологического оборудования, таких как установки электроснабжения, водоснабжения, канализации.
© Сугак Е.В., Григорьев А.А., 2016.
Таким образом, трубопроводы в нефтеперерабатывающих предприятиях играют важную роль как в основном, так и во вспомогательных процессах. И, поскольку надежность системы определяется надежностью составляющих элементов, обеспечение надежности трубопроводов является необходимым условием стабильной и безаварийной работы предприятий нефтепереработки.
Разработку и анализ способов повышения эксплуатационной надежности трубопроводов невозможно проводить без учета развития всей нефтеперерабатывающей отрасли России в целом.
Перспективы развития отрасли можно найти в Энергетической стратегии России до 2035 года [1]. К основным задачам, поставленным на горизонт в 19 лет, относят:
-повышение с 72 до 90 % глубины переработки нефти с производством моторных топлив высших экологических классов;
-развитие отечественных технологий глубокой переработки «тяжелой» нефти; стимулирование технических мероприятий, направленных на увеличение числа процессов глубокой переработки нефтяных остатков на отечественных НПЗ;
-стимулирование эффективной переработки высокосернистых и сверхвязких нефтей; В общем виде текущий объем переработки за период с 2006 года [2] и прогноз, предусматривающий рост глубины переработки и снижение объемов нефти, направляемой на переработку можно представить на рис. 1.
В связи с поставленными в Стратегии задачами увеличится нагрузка на технологические трубопроводы предприятий нефтепереработки. Это связано в первую очередь с ростом глубины переработки нефти, поскольку данный аспект приведет непосредственно к повышению химической активности перекачиваемых жидкостей и их агрессивному воздействию на трубопровод.
Рис. 1. Глубина и объемы переработки нефти в России, %, млн. т.
Помимо этого, ситуацию усугубляет повышение объемов переработки тяжелой и сверхвязкой нефти, реологические параметры которых зачастую отклоняются от нормы. В связи с чем требуется постоянный подогрев в процессе транспортировки аномальной нефти в целях поддержания текучести.
Эти факторы значительно повышают уровень неопределенности системы технологических трубопроводов в отношении прогнозирования их технического состояния.
Усложнение технологических процессов и модернизация нефтеперерабатывающей отрасли неизбежно ведет к вопросам переподготовки и переквалификации рабочих кадров. В свою очередь, это может привести к отставанию уровня квалификации сотрудников от темпов развития предприятия, что непосредственно ведет к усилению влияния человеческого фактора на надежность технической системы в целом.
Чтобы проиллюстрировать данный тезис обратимся к информации Ростехнадзора за 2014-2015 гг. [3]. Из 15 зарегистрированных случаев аварий, произошедших в указанный период на предприятиях нефтепереработки и нефтехимического производства, 8 случаев (53,3%) явились следствием разрушения или потери функциональности технологических трубопроводов. Совокупный ущерб составил 6 278,1 млн рублей. Травмы различной степени тяжести получили 34 человека (из них 10 со смертельным исходом).
Основной причиной этих аварий можно считать человеческий фактор, поскольку во всех случаях они происходили при нарушении технологического регламента, требований промышленной безопасности и норм проектирования.
Согласно статистике из исследования [4], аварии на технологических трубопроводах занимают меньшую долю, также являясь наиболее опасными производственными объектами на нефтеперерабатывающих предприятиях.
Таблица 1
Аварии на предприятиях нефтепереработки в 2014-2015 гг.
Дата Предприятие Происшествие Ущерб Извлеченный урок
06.03.2014 ОАО «Куйбышевский нефтеперерабатывающий завод» В результате разгерметизации про-дуктопровода из-за повышенной скорости коррозионно-эрозионного повреждения металла возник пожар в горячей насосной установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ 3,5 39 000 тыс. рублей Пострадавших нет Своевременный мониторинг технического состояния коррозионного износа технологических трубопроводов.
14.04.2014 ОАО «Саратовский НПЗ» Разгерметизация глухого фланцевого соединения отвода технологического трубопровода нагнетания насоса для перекачки мазута с его самовоспламенением и последующим пожаром. 217 тыс.рублей Пострадавших нет Недопустимо наличие тупиковых зон на технологических трубопроводах при изменении проектной схемы обвязки насосов.
21.05.2014 ООО «РН- Комсомольский НПЗ» При выполнении огневых работ по монтажу нестандартного фланцевого соединения на участке технологического трубопровода произошло возгорание паров нефтепродукта с последующим распространением пожара внутрь помещения насосной светлых нефтепродуктов. 5 050 Смертельно травмирован электрогазосварщик Подлежащие ремонту участки технологических трубопроводов должны быть отключены от действующего технологического оборудования с помощью заглушки, а также проведено их опорожнение и дегазация для безопасного проведения огневых работ.
15.06.2014 ОАО «Ачинский НПЗ Восточная нефтяная компания» В верхней части колонны деэтани-зации произошла разгерметизация горизонтальных участков шлемово-го трубопровода колонны с выбросом смеси углеводородов, загазованностью территории с последующим взрывом парогазовой смеси и пожаром. 6 200 000 тыс. рублей Травмы различной степени тяжести получили 32 человека (из них 8 -смертельные) Обеспечение устойчивости зданий, расположенных на территории взрывопожароопасных производственных объектов в зонах возможного воздействия ударной волны, и безопасности находящегося в них персонала к воздействию ударной волны.
21.03.2015 ООО «РН- Комсомольский НПЗ» В результате разрушения технологического трубопровода произошел выброс топливно-воздушной смеси продукта с ее воспламенением и развитием пожара. 249 тыс. рублей Жертв нет Недопустима безопасная эксплуатация системы при наличии тупиковых участков технологических линий без проведения мероприятий, предотвращающих скопление воды при проведении гидравлических испытаний.
28.04.2015 ОАО «Газпром нефтехим Салават» В результате разгерметизации ра-диантного змеевика печи установки гидроочистки произошло воспламенение истекаемого продукта в камере печи с дальнейшим пожаром. 1122 Смертельно пострадал от ожогов начальник установки Недопустимо отсутствие надлежащего контроля за состоянием и эксплуатацией оборудования, ведением технологического процесса и выполнением технологических операций в строгом соответствии с регламентом, инструкциями, соблюдения норм технологического режима на установках цехов.
15.05.2015 ПАО «Нижнекамскнеф-техим» В результате разгерметизации участка змеевика технологической печи узла десорбции и депропани-зации произошло возгорание исте-каемого продукта (абсорбента) в камере печи. 69 тыс. руб. Пострадавших нет Недопустима эксплуатация оборудования без обеспечения надлежащего контроля качества работ по ремонту, диагностике и продлению сроков службы узлов и деталей.
28.09.2015 Филиал ПАО «АНК «Башнефть» «Башнефть-Уфимский НПЗ» В результате разгерметизации тройника смешения гидрогенизата трубопровода «гидрогенизат из сепаратора в теплообменник» установки гидроочистки произошел взрыв газовоздушной смеси с последующими возгорание продукта. 32 391 тыс. рублей Пострадавших нет Недопустимы эксплуатация трубопровода с нарушениями требований технологического регламента, при отсутствии контроля за техническим состоянием, ревизией, ремонтом, испытаниями технологического трубопровода.
При этом, если отнести промышленную канализацию к вспомогательным трубопроводам и с учетом того, что аварии на насосных станциях происходили, в основном, из-за различных дефектов в трубопроводах и ЗРА, то количество аварий, связанных с трубопроводами возрастает до 58,6%.
Таблица 2
Распределение количества аварий по видам объектов
Промышленный объект Количество аварий
Технологические трубопроводы 31,2%
Насосные станции 18,9%
Емкостные аппараты 15,0%
Печи 11,4%
Ректификационные и пр. колонны 11,2%
Промышленная канализация 8,5%
Резервуарные парки 3,8%
Крупные аварии и сопровождающие их пожары и взрывы на нефтеперерабатывающих производствах в большинстве случаев происходят из-за утечек горючей жидкости или углеводородного газа, возникающих по следующим причинам [5] (рис. 2).
Рис. 2. Статистика причин аварий на нефтеперерабатывающих предприятиях
Несмотря на это, за последнее время стало уделяться повышенное внимание задачам теории и практики увеличения надежности коммуникаций и аппаратов.
Требования обеспечения высокой степени надежности зачастую входят в противоречия с другими важнейшими характеристиками оборудования, например, такими как уменьшение стоимости, сокращение металлоемкости, транспортабельность, технологичность изготовления и т. п. В этой ситуации весьма существенным является:
-совершенствование технологии производства оборудования с повышенными качественными характеристиками;
-выявление объективных показателей работоспособности металла оборудования в условиях эксплуатации;
-дальнейшее улучшение качества металла, используемого при производстве аппаратов и коммуникаций;
-снижение последствий разрушений оборудования, вызванных аварией, путем улучшения методов организации и оснащения ремонтно-восстановительных служб функционирующих производств.
В целях обеспечения надежности трубопроводов нефтеперерабатывающих предприятий в данной работе предлагаются использование следующих способов:
1.Защита трубопроводов от перегрузок по давлению. Необходимо обоснование выбора типа используемой арматуры и иных деталей трубопроводов, руководствуясь стандартом ГОСТ 356-80 [6] в соответствии с условиями работы.
2.Использование коррозионностойких материалов в трубопроводных системах. Для участков трубопроводов, эксплуатация которых осложнена высокой степенью отказов, низкой наработкой и значительными затратами на ликвидацию последствий отказов, является экономически обоснованным применение труб с повышенной коррозионной стойкостью [7].
3.Использование химических реагентов в качестве ингибиторов.
Ингибиторы коррозии. Для решения непростых задач, связанных с коррозионным разрушением трубопроводов и оборудования, необходима разработка новых ингибиторных составов, применение физических методов или же совместное применение методов физического и химического воздействия на коррозионные среды.
Ингибиторы солеотложений. Проведение лабораторных исследования на основе модельной среды (схожей по свойствам с перекачиваемой жидкостью) позволит разработать наиболее эффективные способы борьбы с отложением солей и осадков.
Ингибиторы парафиноотложений. Увеличение объемов переработки сверхвязкой и тяжелой нефти приведет к интенсификации асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) на технологических трубопроводах. Выбор конкретных химических реагентов основывается на точном знании состава АС-ПО, механизма его образования и исследовании выбранного реагента в условиях лаборатории на применимость к конкретному составу отложений.
4. Нанесение защитных покрытий. Для определения необходимой системы покрытия необходимо провести анализ среды, в которой металлоконструкции или другие объекты подвергаются коррозии, определить типа конструкционного материала, на который наносится покрытие (углеродистая сталь, алюминиевый сплав, нержавеющая сталь и др.) и предполагаемый срок службы. Затем производится выбор наиболее подходящей системы покрытия как для новых металлоконструкций и оборудования, так и для ремонта и технического обслуживания уже существующих.
Помимо приведенных выше способов для обеспечения надежности трубопроводных систем на предприятиях нефтепереработки необходимо проводить своевременную и качественную диагностику всех узлов и систем.
В общем случае, программа производства работ (ППР) при проведении технической диагностики включает в себя комплекс мероприятий универсального характера. Типовая программа, описанная в нормативной документации, правомерна при соблюдении необходимых условий, связанных с подготовкой объекта к проведению технического диагностирования. Одним из таких условий является наличие проектной, технической и эксплуатационной документации на объект.
Зачастую подобная документация отсутствует или доступ к ней бывает затруднен. В связи с этим для применения стандартного подхода к техническому диагностированию необходима детализация ППР и ее дополнение с учетом текущего состояния объекта и результатов предварительной оценки и экспресс-диагностики.
Другим существенным фактором, оказывающим влияние на составляющие работ по экспертизе промышленной безопасности, является техническое состояние самого рассматриваемого объекта, его пригодность для контроля, а также технические возможности для осуществления диагностирования.
В конечном итоге, комплекс этих факторов должен быть учтен при планировании работ по экспертизе промышленной безопасности, а принятая программа технического диагностирования обоснована с позиции установленных требований к промышленной безопасности.
В таких ситуациях целесообразным решением будет использование индивидуальных ППР, которые дают возможность учесть все специфические характеристики оборудования.
Имеющийся опыт технического диагностирования опасных производственных объектов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств позволяет выделять особенности отдельных объектов диагностики и надлежащим образом учитывать их при проведении работ по оценке текущего состояния [8, 9, 10].
Таким образом, учитывая особенности эксплуатации трубопроводов на предприятиях нефтеперерабатывающей отрасли необходимо ответственно подходить к проектированию систем перекачки и соблюдению требований промышленной безопасности [11].
При производстве технической диагностики необходимо руководствоваться не только имеющейся информацией, но и результатами экспресс-оценки и базы знаний по наиболее опасным объектам и узлам.
Рассмотренные выше мероприятия позволят в конечном итоге обеспечить надежность трубопроводов нефтеперерабатывающих предприятий, снизить число человеческих жертв и сократить экономический ущерб от последствий аварий и отказов оборудования [12].
Библиографический список
1. Энергетическая стратегия России на период до 2035 года. Официальный сайт Министерства энергетики РФ. Режим доступа: http://minenergo.gov.ru/node/1913. Дата обращения: 26.04.2016 г.
2.Переработка нефти и газового конденсата. Официальный сайт Министерства энергетики РФ. Режим доступа: http://minenergo.gov.ru/node/1212. Дата обращения: 24.04.2016 г.
3. Уроки, извлеченные из аварий. Официальный сайт Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. Режим доступа: http://www.gosnadzor.ru/industrial/oil/lessons/. Дата обращения: 25.04.2016г.
4. Лебедева М.И., Богданов А.В., Колесников Ю.Ю. Аналитический обзор статистики по опасным событиям на объектах нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности // Интернет-журнал "Технологии техно-сферной безопасности". 2013. Выпуск № 4 (50). С. 1-8.
5.Федоров А.В. Автоматизированный контроль взрывопожароопасности и экологической напряженности воздушной среды объектов топливно-энергетического комплекса // Тез. докл. 3-й междунар. конф. «Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях». М.: Институт проблем управления, 1995. С. 143-145.
6.ГОСТ 356-80. Арматура и детали трубопроводов. Давления номинальные, пробные и рабочие. Ряды (с Изменением N 1). Официальный сайт Техэксперт. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-356-80. Дата обращения: 26.04.2016 г.
7.Бабин Л. A., Григоренко П. Н., Ярыгин Е. Н. Типовые расчеты при сооружении трубопроводов: учеб. по-соб. для вузов. М.: Недра, 1995.
8.Финк В.Н., Сугак Е.В. Оптимизация системы технического обслуживания и ремонтов оборудования нефтегазового комплекса на основе трехуровневой модели качества. - Наука и образование: проблемы и перспективы развития. Сб. научных тр. по мат. Межд. научно-практич. конф.- Тамбов, 2014, ч.5, с. 130-132.
9.Финк В.Н., Бельская Е.Н., Сугак Е.В. Системы технического обслуживания и ремонтов оборудования нефтегазового комплекса. - Решетневские чтения : Мат. XVIII Межд. Научной конференции. В 3-х ч.- Красноярск: Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т, 2014, ч.2, 361-363.
10.Сугак Е.В., Финк В.Н. Повышение работоспособности эксплуатационной и ремонтной техники штанговых скважинных насосных установок // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1. С. 105-111; URL: http: //www. science-education.ru/125-20105.
11.Общие правила взрывобезопасности для взрыво- пожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств: федер. нормы и правила в обл. пром. безопасности: утв. приказом Ростех- надзора от 11 марта 2013 г. № 96. Сер. 09. Вып. 37. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2013.
12.Сугак Е.В., Василенко Н.В., Назаров Г.Г. и др. Надежность технических систем. - Красноярск: Раско, 2001.
- 608 с.
СУГАК ЕВГЕНИЙ ВИКТОРОВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры инженерной экологии, Сибирский аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева, Россия.
ГРИГОРЬЕВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - магистрант Института нефти и газа, Сибирский федеральный университет, Россия.
