CC BY
164
УДК 614.847.3
Обеспечение пожарной безопасности морских стационарных нефтегазодобывающих платформ
Ключевые слова:
морская стационарная нефтегазодобывающая платформа, анализ пожарной опасности, обеспечение пожарной безопасности, противопожарное нормирование.
Д.М. Гордиенко1, А.Ю. Лагозин1, А.В. Мордвинова1*, Ю.Н. Шебеко1, В.П. Некрасов1
1 ФГБУ ВНИИПО МЧС России, Российская Федерация, 143903, Московская область, г. Балашиха, микрорайон ВНИИПО, д. 12 * E-mail: [email protected]
Тезисы. В статье рассмотрены основные специфические особенности морских стационарных платформ для добычи нефти и газа с точки зрения их влияния на вопросы обеспечения пожарной безопасности. Проанализирован мировой опыт эксплуатации подобных объектов. Представлены основные решения по обеспечению пожарной безопасности морских стационарных нефтегазовых платформ, рассмотрены проблемы противопожарного нормирования указанных объектов.
На рубеже XX в., в эпоху новой волны научно-технического прогресса, человечество в поисках новых энергоресурсов вышло в море на континентальный шельф, который содержит колоссальные запасы углеводородов. Существует мнение, что из-за истощения наземных углеводородных месторождений добыча нефти и газа на континентальном шельфе в дальнейшем будет развиваться более интенсивно и, вероятно, несмотря на использование дорогостоящих технологий, может стать преобладающей.
Для освоения морских месторождений нефти и газа используются различные добывающие установки (рис. 1), залогом успешного функционирования которых в течение предусмотренного срока эксплуатации (как правило, 25-30 лет) являются безаварийная работа и обеспечение безопасности персонала. Наиболее опасным представляется возникновение пожаровзрывоопасных аварийных ситуаций, которые способны привести к разрушению добывающей установки, гибели ее персонала и нанести тяжелейший экологический ущерб.
В России для длительной эксплуатации наибольшее распространение получили морские стационарные нефтегазодобывающие платформы (далее - МСП). Достаточно провести предварительный анализ особенностей данного сооружения,
Рис. 1. Основные типы морских платформ, применяемых в настоящее время для добычи нефти и газа (на примере установок, эксплуатируемых в Северном море): морская стационарная платформа («Слейпнер А», «Хайберния»); морская стационарная глубоководная платформа («Драуген», «Тролль А»); плавучая платформа («Тролль В»); плавучая полупогружная платформа на натянутых связях («Хейдрун») [1]
чтобы сделать вывод о высоком уровне его пожарной опасности, который обусловливают следующие специфические для МСП факторы:
• наличие на МСП пожаровзрывоопас-ных веществ в больших количествах. В соответствии с Федеральным законом от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» МСП являются опасными производственными объектами 1-11 классов опасности (в зависимости от вида добываемой продукции и условий ее хранения);
• максимальная степень использования полезной площади сооружения, сложные компоновочные и объемно-планировочные решения. Наличие на МСП нескольких уровней (ярусов) с большим количеством плотно размещенного оборудования различного функционального назначения, на котором осуществляется технологический процесс с повышенными параметрами (давление, расход, температура и т.д.). При этом технологическое оборудование содержит многочисленные элементы ограниченной надежности, подверженные отказам.
Указанные факторы предопределяют высокую вероятность эскалации аварии, когда небольшой инцидент может привести к крупномасштабной катастрофе. Кроме того, следует отметить следующие характеристики МСП, отражающиеся на безопасности жизни и здоровье людей:
• высокая численность персонала и его проживание непосредственно на объекте. Как правило, устанавливается вахтовый режим работы (от 21 до 28 дней) в две смены круглосуточно;
• изолированность объекта, расположение в открытом море, в том числе на значительном расстоянии от берега;
• сложные изменчивые погодные условия региона эксплуатации. В первую очередь следует отметить суровые условия арктических морей, для которых характерны очень низкие температуры воздуха, плохая видимость в условиях полярных ночей. Большую часть года воды арктических морей покрыты льдами, на смену которым в более теплый период приходят продолжительные штормы. Но и для регионов с более мягким климатом, например для Каспийского моря, также характерны затяжные штормы.
Указанные факторы существенно затрудняют обеспечение безопасной и своевременной эвакуации персонала, покидание платформы
и спасение в случае возникновения пожара на МСП.
Как показывает мировой опыт эксплуатации МСП, наряду с их успешным функционированием в процессе освоения морских месторождений имеют место и аварии. История морской нефтегазодобычи насчитывает ряд крупномасштабных аварий с пожарами и взрывами, анализ которых подтверждает представленные ранее выводы. Так, 4 декабря 2015 г. на месторождении Гюнешли в Каспийском море на платформе № 10 азербайджанской компании SOCAR произошел пожар, который возник после повреждения подводного газопровода высокого давления из-за шторма. Вследствие неблагоприятных погодных условий в связи с сильным ветром одна из спасательных шлюпок упала в воду, 18 человек пропали без вести, погибли 12 человек. Спасти с платформы удалось 33 человека.
Настоящей экологической катастрофой межгосударственного масштаба обернулась авария на платформе Deepwater Horizon 20 апреля 2010 г. в Мексиканском заливе, когда из-за серии взрывов, пожара и утечки нефти и газа из скважины платформа затонула, а последующий разлив нефти в океан продолжался более 150 дней, объем утечки составил около 5 млн баррелей нефти. При взрыве погибли 11 человек, 17 из 126 человек пострадали, еще двое погибли в ходе ликвидации последствий аварии.
Накопленный опыт аварийных ситуаций с пожарами и взрывами на МСП свидетельствует о том, что обеспечение пожарной безопасности этих объектов является одной из наиболее важных задач при их проектировании, строительстве и эксплуатации.
Существующее многообразие морских добычных сооружений в настоящее время подразделяется на основные типы в соответствии с Правилами классификационного общества «Российский морской регистр судоходства»1 (далее - Правила РС). Однако для разработки комплекса противопожарных мероприятий необходимо проведение оценки пожарной опасности платформы с помощью детального анализа
См. НД №2-020201-015. Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ / Российский морской регистр судоходства. -СПб., 2018. - https://files.stroyinf.ru/ Ба1а2/1/4293738/4293738165.рсй'
ее объемно-планировочных, конструктивных, технологических особенностей и выявления наиболее типичных сценариев протекания аварий с пожарами и взрывами для каждой рассматриваемой платформы в отдельности с учетом ее отличительных характеристик. В результате анализа возможных аварийных ситуаций на типовых МСП можно выделить следующие ситуации, которые сопровождают или инициируют пожар и/или взрыв:
• выбросы горючих газов и/или жидкостей из технологического оборудования;
• пожары электротехнического оборудования, в жилом модуле, на генераторах и т.д.;
• разрушительные штормовые и ледовые нагрузки, сейсмические события;
• падение вертолетов, занимающихся транспортировкой персонала и грузов, соударения и столкновения с судами.
Основную опасность представляют аварии с пожарами и взрывами, связанные с операциями бурения скважин, добычи и транспортировки пластовой продукции. Согласно статистическим данным возможны следующие причины аварий с пожарами и взрывами на платформе: выход параметров технологических процессов за критические значения; разгерметизация технологического оборудования, вызванная механическим, температурным и агрессивным химическим воздействиями; механическое повреждение оборудования в результате ошибок персонала, падения предметов, некачественного проведения ремонтных и регламентных работ и т.п.
Причиной воспламенения образовавшейся в результате аварии горючей и взрывоопасной среды могут стать: огневые и ремонтные работы (сварка, резка, пайка и т.д.); неисправность электрооборудования; разряды статического электричества; проявления атмосферного электричества; механические искры; выделение тепла при трении или нагрев трущихся деталей; нагретые поверхности и др. Аварии с пожарами и взрывами на таких объектах развиваются, как правило, по следующей типовой схеме:
• в результате нарушения герметичности арматуры или оборудования происходит истечение горючих жидкостей или газов в окружающее пространство;
• вышедшие жидкости или газы либо воспламеняются, либо создают обширную зону газопаровоздушной смеси с взрывоопасной концентрацией горючего;
• факторы возникшего пожара (взрыва) интенсивно воздействуют на соседнее оборудование, трубопроводы и т.п., вследствие чего возможна их разгерметизация с выходом продуктов в окружающее пространство, что приводит к увеличению масштабов аварии.
Таким образом, для МСП существует высокая вероятность развития аварийных ситуаций по эскалационному сценарию, когда в инцидент последовательно вовлекается оборудование различных технологических участков (т. е. инициирование аварии на одной из частей объекта может вызвать поражение других частей объекта).
На основе опыта участия специалистов ФГБУ ВНИИПО МЧС России в различных проектах по освоению морских углеводородных месторождений континентального шельфа России можно выделить основные решения по обеспечению пожарной безопасности морских стационарных нефтегазодобывающих платформ. Далее изложена суть этих решений.
Зонирование объекта - группирование элементов компоновки по функциональному назначению и размещение их в самостоятельных зонах. При проектировании платформ следует использовать зарекомендовавшие себя на практике наиболее безопасные схемы компоновки сооружений, которые должны обеспечивать условия предотвращения распространения пожара и его опасных факторов независимо от функционирования активных систем противопожарной защиты. Как правило, выделенные зоны на МСП характеризуются разным уровнем пожарной опасности, и при проектировании объекта необходимо предусмотреть мероприятия, предотвращающие распространение пожара из одной зоны в другую. Для этих целей Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности2 (далее -Технический регламент) устанавливается необходимость применения противопожарных преград. В соответствии с ч. 1 ст. 37 Технического регламента противопожарные преграды в зависимости от способа предотвращения распространения опасных факторов пожара подразделяются на следующие типы: противопожарные стены; противопожарные перегородки; противопожарные перекрытия; противопожарные разрывы; противопожарные занавесы, шторы и экраны (экранные стены); противопожарные
См. Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ.
водяные завесы; противопожарные минерализованные полосы.
В первую очередь следует рассмотреть возможность применения противопожарных разрывов. В настоящее время проектируются и эксплуатируются такие сооружения, когда для обустройства месторождения предусматривается несколько стационарных платформ, соединенных между собой переходными мостами. Представляет интерес конструктивное исполнение подобных объектов, которое реализуется отдельными стационарными блоками различного функционального назначения. Пример такого объекта показан на рис. 2.
В случае когда для размещения комплекса добывающего, технологического, энергетического и вспомогательного оборудования, модуля для проживания персонала и вертолетной площадки используется одно опорное основание, пространство платформы рекомендуется разделять на следующие зоны: бурового и добывающего оборудования; технологического оборудования; инженерного оборудования; энергетического оборудования; размещения жилого модуля, операторной и временного убежища; вертолетной площадки; путей эвакуации и покидания платформы персоналом. При этом жилой модуль следует размещать на максимально возможном удалении от производственных зон и вне взрывоопасных зон. Если при имеющемся расстоянии распространение пожара на жилой модуль не может быть предотвращено, необходимо предусмотреть противопожарные преграды, которые обеспечат защиту зоны размещения жилого модуля от распространения пожара из производственных зон.
Противопожарные преграды, стены, перегородки и перекрытия, заполнения проемов
Рис. 2. Объекты обустройства месторождения им. В. Филановского (Каспийское море)
в противопожарных преградах в зависимости от пределов огнестойкости их ограждающей части подразделяются на типы, регламентированные ч. 2 ст. 37 Технического регламента. Следует отметить: несмотря на то что морские стационарные платформы являются сооружениями, положения ст. 30 Технического регламента к ним не вполне применимы. Исходя из имеющегося опыта реализации различных проектов можно сделать вывод о том, что назначать степень огнестойкости для всего сооружения МСП нецелесообразно.
Для ограничения распространения опасных факторов пожара при проектировании МСП следует устанавливать пределы огнестойкости отдельных строительных конструкций (несущих конструкций и противопожарных преград) и/или назначать степень огнестойкости отдельных пожарных отсеков. Основное требование к огнестойкости конструктивных и технологических элементов платформ (несущие конструкции; опоры резервуаров, трубопроводов и буровой вышки; конструкции переходных мостов (при наличии) и др.) состоит в том, чтобы при возникновении аварии, связанной с пожаром (в том числе при пожаре проливов нефти на поверхность моря), избежать расширения масштабов аварии, обеспечить целостность временного убежища и возможность покидания всем персоналом платформы в установленное время.
Перечень строительных конструкций, в отношении которых следует устанавливать требования к пределам огнестойкости, необходимо определять в каждом конкретном случае на основе анализа возможных пожароопасных ситуаций на платформе и вариантов их развития.
Правила РС устанавливают требования, которые являются специфичными для МСП и учитывают унифицированные требования и рекомендации Международной ассоциации классификационных обществ и соответствующие резолюции Международной морской организации. В п. 2 части VI Правил РС представлены требования к минимальной огнестойкости переборок и палуб, разделяющих смежные помещения МСП.
Однако следует отметить, что применяемая в данном документе терминология не соответствует принятой в отечественных нормативных документах по пожарной безопасности, а положения Правил РС не соответствуют Техническому регламенту. Примером
указанного несоответствия являются различия в определении и назначении пределов огнестойкости конструкций МСП. Для морских стационарных платформ как для сооружений, являющихся объектами капитального строительства, наступление пределов огнестойкости строительных конструкций должно устанавливаться в соответствии с требованиями Технического регламента по времени достижения одного или последовательно нескольких признаков предельных состояний (потеря несущей способности, потеря целостности, потеря теплоизолирующей способности).
Правила РС, которые разработаны на основе требований иностранных нормативных документов, использующихся в мировой практике строительства морских сооружений, в том числе и морских стационарных платформ, регламентируют пределы огнестойкости путем введения классификации переборок и палуб, разделяющих помещения (классы «А», «В», «С» и «Н»). Конструкции испытываются на огнестойкость по методикам, изложенным в резолюции ИМО А.754(18) [2] и международном стандарте ISO 83 4-1:19993. Классификация переборок и палуб применяется в зарубежной нормативной базе и не используется в российских нормативных правовых актах и нормативных документах по пожарной безопасности.
В некоторых публикациях отечественных ученых, занимающихся вопросами безопасности объектов обустройства морских углеводородных месторождений, представлены данные о взаимном соответствии обозначений пределов огнестойкости согласно Правилам РС и Техническому регламенту. Указанное соответствие было определено при участии авторов настоящей статьи и предложено для применения в отношении конкретной МСП с учетом ее специфических особенностей и характеристик и принятой эквивалентной продолжительности пожара. Распространение данного соответствия на все морские нефтегазовые сооружения является некорректным, и введение этой аналогии в нормативные документы представляется преждевременным.
Вместе с тем при разработке требований к пределам огнестойкости конструкций МСП целесообразно учитывать положения как Правил РС, так и нормативных документов
Cm. ISO 834-1:1999. Fire-resistance tests - Elements of building construction - Part 1: General requirements.
по пожарной безопасности. Такая работа проделана для одной из проектируемых МСП в рамках разработки специальных технических условий по пожарной безопасности, в которых были установлены следующие требования к пределам огнестойкости3 конструкций:
• Е120/160 (ЯЕ120Л60), не ниже - наружные ограждающие конструкции вспомогательного бурового и цементировочного комплексов, обращенные в сторону зоны бурения;
• Е1 60 (ЯЕ1 60), не ниже - наружные перегородки и/или стены;
• Я 120 - несущие конструкции бурового модуля (стенки рельс, опорной рамы и стоек подвышечного основания);
• ЯЕ1 60, не ниже - перекрытия межпалубные;
• Е1 60 (ЯЕ1 60) или Е 60 (ЯЕ 60) - ограждающие конструкции каждого помещения для размещения пожарных насосов;
• Е1 60 - наружные стены жилого модуля;
• Е 30 / I 15 - перегородки противопожарные;
• ЯЕ1 120, не ниже - стена жилого модуля, обращенная в сторону производственной зоны (в сторону буровых и технологических установок);
• ЯЕ1 60, не ниже - противопожарные перекрытия жилых помещений;
• Е 30/1 15, не ниже - перегородки жилых помещений;
• Е 60 - окна (иллюминаторы) для заполнения проемов в противопожарных преградах;
• ЯЕ1 60 (Е1 60), не ниже - ограждающие конструкции станций пожаротушения;
• заполнения (двери, люки, клапаны, окна и т. п.) в противопожарных преградах должны иметь пределы огнестойкости не ниже пределов огнестойкости указанных противопожарных преград.
Представленные требования к пределам огнестойкости конструкций разработаны для конкретного объекта и не могут быть использованы в качестве нормативных для проектирования других МСП.
Кромы вышеперечисленных систем пассивной противопожарной защиты для ограничения распространения опасных факторов пожара на МСП могут применяться системы активной противопожарной защиты. В частности, для снижения интенсивности теплового излучения, а также для защиты от распространения пожаровзрывоопасных газопаро-
воздушных смесей следует использовать защитные противопожарные завесы (водяные, паровые, инертным газом). Стационарные установки водяных завес могут использоваться для защиты путей эвакуации и посадки в спасательные средства, паровые и инертные завесы - для защиты от проникновения взрывоопасных газовых смесей к оборудованию с открытым огневым процессом (при наличии таких на МСП). Для предотвращения увеличения масштаба аварии при пожаре предусматриваются установки водяного орошения производственных зон, участка устьевого оборудования, фонтанного устьевого оборудования. Расчетную продолжительность орошения следует принимать, как правило, не менее 3 ч.
Представленные выше противопожарные требования являются лишь частью необходимого комплекса инженерно-технических и организационных мероприятий по обеспечению пожарной безопасности МСП. Для повышения уровня пожарной безопасности МСП на основе анализа причин возникновения и условий развития аварийных ситуаций защитные мероприятия следует проектировать по принципу эшелонирования, выстраивая на пути распространения опасных факторов пожара и взрыва сразу несколько так называемых барьеров безопасности. При этом необходимо обеспечить слаженное взаимодействие всех систем безопасности платформы, безотказность их работы, дублирование их отдельных элементов, а также высокий уровень профессионализма обслуживающего персонала.
Проблема обеспечения пожарной безопасности морских платформ на российском континентальном шельфе усугубляется отсутствием комплексного нормативного документа, регламентирующего требования к пожарной безопасности МСП. В настоящее время отдельные требования пожарной безопасности представлены в нормативных документах различных ведомств, которые содержат несоответствия и плохо гармонизированы друг с другом.
Федеральные нормы и правила4 устанавливают требования промышленной безопасности, обязательные для исполнения
при осуществлении деятельности в области промышленной безопасности и ведении технологических процессов на опасных производственных объектах морского нефтегазового комплекса (ОПО МНГК). Согласно данным Правилам проектирование и строительство ОПО МНГК в зависимости от их типа или вида осуществляются с учетом требований законодательства о градостроительной деятельности, о недрах, в области технического регулирования, промышленной и пожарной безопасности, защиты окружающей среды, защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, торгового мореплавания. Нормативные документы указанных отраслей применяют различные терминологии и технические классификации, а некоторые их требования противоречивы.
В последнее время в России разными научными организациями активно разрабатываются новые нормативные документы, затрагивающие вопросы проектирования и эксплуатации МСП. Здесь следует отметить Технический комитет по стандартизации ТК 23 «Нефтяная и газовая промышленность», который занимается разработкой национальных стандартов в части техники и технологии добычи и переработки нефти и газа, в том числе и для арктического региона. ТК 23 подготовил ряд национальных стандартов5, в которых в том числе представлены требования пожарной безопасности. Однако применения данных национальных стандартов
4 См. Федеральные нормы и правила в области
промышленной безопасности «Правила безопасности морских объектов нефтегазового комплекса» / утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 18 марта 2014 года № 105.
5 См. ГОСТ Р ИСО 17776-2012. Менеджмент риска. Руководящие указания по выбору методов и средств идентификации опасностей и оценки риска для установок по добыче нефти и газа из морских месторождений; ГОСТ Р 55998-2014. Нефтяная и газовая промышленность. Морские добычные установки. Эвакуационные пути и временные убежища. Основные требования; ГОСТ Р 58219-2018. Нефтяная и газовая промышленность. Арктические операции. Технические средства противопожарной защиты верхних строений морских платформ. Общие требования; ГОСТ Р 54483-2011. Нефтяная и газовая промышленность. Платформы морские для нефтегазодобычи. Общие требования; промышленность. Сооружения нефтегазопромысловые морские. Верхние строения; ГОСТ Р 58212-2018. Нефтяная и газовая промышленность. Арктические операции. Производственно-технологическая зона верхнего строения морской платформы; ГОСТ Р 58217-2018. Нефтяная и газовая промышленность. Арктические операции. Эвакуация и спасение персонала морских платформ. Общие положения; ГОСТ Р 58218-2018. Нефтяная и газовая промышленность. Арктические операции. Обслуживание объектов.
недостаточно для обеспечения пожарной безопасности МСП в полном объеме.
Даже с учетом вновь разработанных и адаптированных стандартов можно сделать вывод о неполноте российских нормативных документов в области пожарной безопасности МСП. Необходимо продолжать научно-исследовательские работы в сфере гармонизации существующих нормативных документов, регламентирующих вопросы обеспечения
пожарной безопасности МСП, и подготовки новых документов с учетом передовых международных практик в сфере обеспечения пожарной безопасности, отечественного опыта и достижений, а также появляющихся новых научных разработок, направленных на обеспечение пожарной безопасности (в частности, внедрение новых методик, технических средств, систем и средств пожаротушения и т.п.).
Список литературы
1. Kvaerner concrete solutions [электронный ресурс]. - https://www.kvaerner.com/Global/ images/Products/Concrete/Concrete_brochure_ rus_2013_2.pdf (дата обращения: 20.03.2019).
2. Резолюция А.754(18). Рекомендация
по испытаниям на огнестойкость перекрытий классов «А», «В» и «F» / International maritime organization. - 4 ноября 1993 г.
Fire protection support of fixed offshore platforms for oil and gas production
D.M. Gordiyenko1, A.Yu. Lagozin1, A.V. Mordvinova1*, Yu.N. Shebeko1, V.P. Nekrasov1
1 All-Russian Research Institute for Fire Protection of EMERCOM of Russia, Bld. 12, mikrorayon VNIIPO, Balashikha, Moscow region, 143903, Russian Federation * E-mail: [email protected]
Abstract. This article discloses main specifics of the fixed offshore platform used for oil and gas production in the aspect of its impact to fire hazards. Authors analyze the world practice in exploiting of such facilities, present some principal solutions regarding their fire protection, and reveal challenges of the correspondent anti-fire codification and standardization process.
Keywords: fixed offshore platform for oil and gas production, analysis of fire hazards, support of fire protection, anti-fire codification.
References
1. Kvaerner concrete solutions [online]. Available from: https://www.kvaerner.com/Global/images/Products/ Concrete/Concrete_brochure_rus_2013_2.pdf. Viewed on 20 March 2019.
2. IMO Resolution A 754 (18). Recommendation on fire resistance tests for "A", "B" and "F" class divisions. Adopted 4 November 1993.
