CC BY
74
ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ УДК 622.69 : 658.5
DOI: 10.22227/1997-0935.2021.10.1363-1377
Определение вероятности возникновения аварий на сетях газораспределения и газопотребления
Оксана Николаевна Медведева, Александр Юрьевич Чиликин
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (СГТУ имени Гагарина Ю.А.); г. Саратов, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. В процессе эксплуатации сети газораспределения и газопотребления подвергаются большому спектру нагрузок и воздействий, что в сочетании с продолжительным периодом эксплуатации приводит к снижению уровня надежности. Цель исследования — анализ текущего состояния газораспределительной системы РФ, основанный на статистическом материале по аварийности на сетях газораспределения и газопотребления. Наибольшую актуальность проблема обеспечения надежной работы и безопасной эксплуатации систем приобретает в крупных городах и поселениях с многоступенчатыми и разветвленными сетями газораспределения, поскольку с каждым годом увеличивается количество газопроводов, оборудования и арматуры, отработавших проектный ресурс. Задача заключается в выявлении причин и динамики аварийности, определяющих факторов, разработке алгоритма количественной оценки риска возникновения аварийных ситуаций и несчастных случаев на объектах газораспределительной системы. Материалы и методы. Использованы апробированные методы исследования, включающие анализ и обобщение теории и опыта в области надежности распределительных газопроводов, системный подход и математическое моделирование. V и
e л
Результаты. Обобщены и систематизированы материалы по газификации территории Российской Федерации c по- t о мощью методов системного анализа. Рассмотрены механизмы развития отказов на сетях газораспределения и газо- з Н потребления, проанализированы данные об аварийности. Проведен обзор существующих методов устранения неис- 5? к правностей и способов оценки состояния газопроводов, газовой арматуры и газоиспользующего оборудования. S _ Предложены пути повышения эффективности, надежности и безопасности газораспределительных систем. S Щ
Выводы. Полученные в ходе анализа результаты по состоянию аварийности структурных элементов газораспреде- С У лительной системы можно применять для мониторинга технического состояния системы, включая проведение пре- ^ | дупредительных мероприятий для предотвращения аварийных инцидентов и получения комплексной оценки безопас- ° S ности и надежности газоснабжения различных категорий потребителей. h Z
< 9
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: газ, авария, чрезвычайная ситуация, промышленная безопасность, травматизм, опасный ° 9 производственный объект, отказ, надежность, риск Г -
n Cj l 3
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Медведева О.Н., Чиликин А.Ю. Определение вероятности возникновения аварий на сетях ° < газораспределения и газопотребления // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. Вып. 10. С. 1363-1377. DOI: 10.22227/1997- СГГ 0935.2021.10.1363-1377 °n
13 t
t I
Автор, ответственный за переписку: Оксана Николаевна Медведева, medvedeva-on@mail.ru. ^ (Л
c Ш
Determining the probability of accidents on gas distribution and gas
consumption pipelines
n I^J
r 6 1°
Oksana N. Medvedeva, Aleksander Yu. Chilikin s )
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov (SSTU); Saratov, Russian Federation ^ •
--Up
ABSTRACT 3 1
Introduction. The aim of this study is to analyze the current state of the Russian Federation gas distribution system, based 1 P
on statistical material on accidents on gas distribution and gas consumption networks. The problem of ensuring reliable . DO
operation and safe operation of systems becomes most urgent in large cities and settlements with multi-stage and branched s n
gas distribution networks, since every year the number of gas pipelines, equipment and fittings that have exhausted their s y design life increases. The objective of the study is to determine the causes and dynamics of accidents, identify the determining factors, develop an algorithm for quantitative assessment of the risk of emergencies and accidents at the facilities of the gas distribution system.
Materials and methods. In the work, proven research methods were used, including analysis and generalization of theory q q
and experience in the field of reliability of gas distribution pipelines, a systematic approach and mathematical modeling were 1 1 used.
о о
© О.Н. Медведева, А.Ю. Чиликин, 2021
Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)
Results. The materials on gasification of the territory of the Russian Federation using the methods of system analysis are generalized and systematized. Mechanisms of development of failures in gas distribution and gas consumption networks are considered, data on accidents are analyzed. The review of existing methods of troubleshooting and methods of assessing the state of gas pipelines, gas fittings and gas-using equipment is carried out. Methods for improving the efficiency, reliability and safety of gas distribution systems are proposed. The main results of the study are to summarize and systematize the materials of gas distribution organizations for the gasification of the territory of the Russian Federation using systems analysis methods.
Conclusions. The results obtained during the analysis on the state of the accident rate of the structural elements of the gas distribution system can be used to monitor the technical condition of the system, including taking preventive measures to prevent accident incidents.
KEYWORDS: gas, accident, emergency, industrial safety, injuries, hazardous production facility, failure, reliability, risk
FOR CITATION: Medvedeva O.N., Chilikin A.Yu. Determining the probability of accidents on gas distribution and gas consumption pipelines. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2021; 16(10):1363-1377. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.10.1363-1377 (rus.).
Corresponding author: Oksana N. Medvedeva, medvedeva-on@mail.ru.
N N
о о
N N
о о
г г
К Ш
U 3
> (Л
с и
to со
<0 <U
¡1
<D <D
о ё
ОТ ОТ
.Е о
^ с Ю о
S 1
о ЕЕ
fee
О) ^ т- ^
£
от °
> А
■8 £
Е!
О И
ВВЕДЕНИЕ
В процессе эксплуатации сети газораспределения и газопотребления подвергаются большому спектру нагрузок и воздействий, что в сочетании с продолжительным периодом эксплуатации приводит к снижению уровня надежности. Несмотря на совершенствование оборудования и технологий, фактор безопасности газораспределительных систем остается первостепенным. Актуальной задачей является оценка аварийной опасности повреждений надземных и подземных газопроводов в зависимости от условий их прокладки, характера повреждений, давления газа, диаметров, атмосферных воздействий, а также оценка экологического влияния утечек газа из поврежденных газопроводов.
К числу приоритетных задач государственного управления, согласно Федеральному закону «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» № 116-ФЗ, обязывающему предприятия предоставлять в органы надзора «Декларацию безопасности промышленного объекта», предопределяющую возможные риски возникновения аварийных ситуаций на объекте, входит, в том числе, и проблема промышленной безопасности объектов газораспределительных систем.
Замена и реконструкция морально и физически устаревших газопроводов и элементов газораспределительных систем — один из наиболее эффективных, и одновременно требующих значительных капитальных вложений способов повышения их надежности. Как правило, задача обеспечения надежной работы системы сводится к решению двух основных задач: своевременному обнаружению дефектов и прогнозированию условий их развития вплоть до момента разрушения [1].
Самый экономически выгодный способ доставки природного газа (ПГ) конечному потребителю — трубопроводный транспорт, занимающий важное место в топливно-энергетической безопасности страны. Однако данный вид перекачки углеводородов всегда сопровождается некоторыми потерями продукта при транспортировке. Эти потери, несомненно,
возможно отнести к категории неизбежных потерь, величину которых можно рассчитать и учесть. Вместе с тем существуют такие потери газа, которые рассчитать и спрогнозировать затруднительно. Это — потери, возникающие при аварийных ситуациях с неконтролируемым выбросом газа в окружающую среду и, в том числе, при несанкционированных врезках при хищении газа, приносящих большие убытки, связанные как с потерей газа и проведением на аварийном участке восстановительных работ, так и с экологическими последствиями при некачественном сооружении врезок. Поэтому на стадии проектирования или реконструкции возникает необходимость задуматься о безопасности трубопроводного транспорта газа, поскольку обеспечение надежной, безопасной и эффективной работы системы в экономическом и экологическом плане является главным требованием к объектам газовой инфраструктуры.
Одно из основных назначений газораспределительной системы—бесперебойная подача расчетного расхода газа потребителям, в связи с чем указанный параметр выступает ключевым показателем качественной работы сетей газораспределения и газопотребления [1, 2].
Отличительной чертой сетей газораспределения и газопотребления служит длительность их действия, но долговечность не характеризует надежность газораспределительной системы, она лишь оценивает надежность составляющих ее элементов. Помимо этого, особенность газораспределительных систем заключается в их социальном характере, ведь случающиеся аварии и инциденты, помимо экономического и имущественного, наносят еще и моральный ущерб потребителям, учесть последствия от которого не представляется возможным.
Из-за низкой аккумулирующей способности газопроводов низкого давления, являющейся причиной жесткой связи между количеством выдаваемого из сети газа и количеством потребляемого газа, повысить надежность такой сети за счет ее емкости нельзя. Из этого вытекает еще одно отличие газораспределительных сетей низкого давления — ограниченная возможность резервирования, в то время как послед-
нее относится к одному из способов повышения надежности. Вместе с тем следует указать на преимущество в данном аспекте систем высокого давления, аккумулирующая емкость которых более чем на 50 % превышает полезную емкость газопроводов среднего давления [2].
Интенсивное развитие газовой промышленности относится к числу приоритетных направлений. Одним из главных факторов, влияющих на безопасность эксплуатации систем газоснабжения, выступают выбросы и утечки из газопроводов, представляющие серьезную опасность взрывов и загораний с последующим травмированием и гибелью людей, и разрушением зданий. На сегодняшний день, несмотря на важность, вопросы оценки опасности утечек газа остаются недостаточно изученными.
Анализ литературных источников позволяет разделить их на два типа:
• посвященные мониторингу отказов, методам обнаружения и определения местоположения неис-правностей1 [3-5];
• рассматривающие методы оценки состояния и предупреждения отказов2 [6-22].
В процессе отказа можно выделить два состояния объекта:
• частичный отказ — когда повреждение участка газопровода (арматуры, оборудования) незначительное и эксплуатация может быть продолжена;
• полный отказ — когда требуется замена аварийного участка (арматуры, оборудования).
В каждом конкретном случае продолжительность и механизм отказа зависит от состояния элемента газораспределительной системы и степени его износа.
Основные издержки эксплуатации газораспределительных систем связаны с повышенной аварийностью из-за дефектов при изготовлении или монтаже, различными повреждениями в процессе эксплуатации и при воздействии внешних факторов окружающей среды. Для оценки и контроля за состоянием системы с целью предотвращения отказов используется диагностическое обслуживание, позволяющее обнаружить множество не выявленных ранее дефектов различной природы. В качестве дефекта рассматривается любое отклонение или несоответствие рабочих параметров нормам регламентирующих документов.
В постановке и решении вопросов обеспечения и повышения безопасной и надежной работы систем газоснабжения с начала создания отрасли принимали участие многие авторитетные специалисты: Ю.М. Бе-
1 Надзор за объектами нефтегазового комплекса // Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору. URL: http://www.gosnadzor.ru/ industrial/oil/lessons/
2 EGIG. Gas Pipeline Incidents. European Gas Pipeline Incident Data Group : Groningen, The Netherlands. 2018.
лодворский, П.М. Гофман-Захаров, А.А. Ионин, И.А. Коляда, И.С. Берсенев, Г.К. Кязимов, В.А. Баг-дасаров, С.В. Варфоломеев, Я.М. Торчинский и др.
Применительно к единой системе газоснабжения, как одной из больших энергетических систем, вопросы управления как в детерминированных условиях, так и в условиях риска и неопределенности с учетом вероятных внешних и внутренних возмущений разрабатывались Л. А. Мелентьевым, В.А. Смирновым, Е.И. Берхманом, А.М. Левиным, Д.Б. Баясановым, А.Ю. Ляуконисом и другими учеными.
Несмотря на неоспоримую практическую значимость этих работ, реализация методик на действующих объектах в некоторых случаях не позволяет устранить проблемные вопросы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования стал анализ данных об аварийности при эксплуатации газопроводов, пунктов редуцирования, коммунально-бытовых объектов и внутридомового газоиспользующего оборудования по данным Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнад-зор)1 (табл.).
Основные методические принципы и общие требования к расчету вероятности возникновения аварий и инцидентов на газовых сетях и анализу риска представлены в Приказе Ростехнадзора от 11.04.2016 № 144 «Об утверждении Руководства по безопасности "Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах"», и включают: анализ и организацию работ; распознавание опасностей; оценку риска, уточнение по объектам, входящим в газораспределительную систему (насколько те или иные линейные объекты и/или их участки опасны), разработку на основе этой информации различных рекомендаций по снижению рисков.
Как на частоту аварий, так и на общий срок эксплуатации газопровода оказывают влияние множество факторов, негативно сказывающихся на физическом состоянии газопроводов, в том числе отрицательные антропогенные и природные воздействия [1, 3, 5].
Актуальной задачей, помимо оценки аварийной опасности повреждений газопроводов в зависимости от характера прокладки, вида повреждений, давления перекачиваемого газа, диаметров газопроводов, является также оценка экологических воздействий утечек газа из поврежденных газопроводов [1, 5, 23].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве причин, приводящих к разрушению газопроводов и возникновению аварийных инциден-
< П
iH
3_
G Г
S 2
0 CO n CO
1 <
< -»
J CD
U -
r I
n °
< 3 o
oi
О n
CO CO
l\J со
0
1
CD CD О
о
< )
f6
® ®
л ' 0> 00
1 T
s У с о <D *
О О
Статистические данные по аварийности на сетях газораспределения и газопотребления Statistical data on accidents on gas distribution and gas consumption networks
Год Year 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
Механические повреждения газопроводов при производстве земляных работ Mechanical damage to gas pipelines during earthworks 30 36,1 34 50 42,9 28 68 53 34 40
Механические повреждения газопроводов автотранспортом Mechanical damage to gas pipelines by vehicles 16 11,1 12,8 15 0 3 0 9 13 20
Повреждения в результате природных явлений Damage due to natural phenomena 16 8,3 12,8 2,5 0 12 9 7 0 10
Коррозионные повреждения наружных газопроводов Corrosion damage to external gas pipelines 2 2,8 4,2 0 9,5 9 5 5 18 0
Разрывы сварных стыков Breaks of welded joints 2 2,8 4,2 7,5 0 3 0 0 4 0
Утечка газа в пунктах редуцирования Gas leaks at reduction points 6 0 8,6 10 9,5 21 0 9 0 5
Взрывы при розжиге, неисправность оборудования котла Explosions during ignition, boiler equipment malfunction 8 11,1 10,6 7,5 14,3 6 9 5 13 0
Неисправность оборудования сжиженных углеводородных газов (СУГ) LPG equipment malfunction 10 19,4 2,2 2,5 14,3 9 9 5 9 5
Иные Others 10 8,3 10,6 5 9,5 9 0 7 9 20
Травмы (количество человек) Injuries (number of people) 0 0 0 2 7 17 0 11 4 8
Смертельный исход (количество человек) Fatal outcome (number of people) 4 11 19 2 6 4 3 2 1 2
N N
о о
сч сч
о о
т- т-
К (V U 3 > (Л
с и
2 "7
m со
<0 <U
il
ф Ф
о ё
ОТ " ОТ Е
— ч-^
^ (Л
i § dl"
^ с Ю о
s !
о ЕЕ
fee
СП ^ т- ^
£
22 J * А
Si
О (Я
тов, можно выделить следующие: коррозионное разрушение подземных газопроводов вследствие повреждения изоляции и воздействия блуждающих токов; нарушение сроков обследования по определению опасного влияния блуждающих токов; нарушение сроков обследования по определению степени коррозионной агрессивности грунтов по трассе; нарушение требований правил промышленной безопасности по срокам устранения дефектов изоляционного покрытия, контролю степени одоризации газа, отключению аварийного газопровода от газораспределительной системы и принятии мер по эвакуации людей из опасной зоны при обнаружении объемной доли газа в подвалах; невыполнение требований Правил охраны газораспределительных сетей организациями, ведущими земляные работы в охранных зонах сетей газораспределения; несвоевременное диагностирование технических устройств с целью продления ресурса газопроводов, отслуживших нормативный срок службы; несоответствие нормативным
требованиям качества изоляционных материалов и устаревших технологий их нанесения и др. Самой актуальной проблемой остается физический износ газопроводов и оборудования, значительная часть которых эксплуатируются более 20-25 лет практически без капитального ремонта, кроме этого замена изношенных основных фондов осуществляется крайне медленными темпами.
Мониторинг состояния внутридомового (ВДГО) и внутриквартирного газового оборудования (ВКГО) также показывает значительный износ газоисполь-зующего оборудования и низкий показатель обслуживания, что влечет за собой опасность взрывов газовоздушной смеси в помещениях и другие негативные последствия. Осложняет ситуацию и тот факт, что в эксплуатации находится оборудование, изготовленное в разные годы различными заводами-изготовителями — отечественными и зарубежными, отличающееся технической документацией и эксплуатационными характеристиками.
Согласно Постановлению Правительства РФ от 14.05.2013 № 410 «О мерах по обеспечению безопасности при использовании и содержании внутри-домового и внутриквартирного газового оборудования» собственник внутридомового и/или внутриквартирного газоиспользующего оборудования несет полную ответственность за его содержание и безопасную эксплуатацию. Для оценки и дальнейшей безопасной эксплуатации газоиспользующего оборудования собственник должен заключить договор о техническом и аварийном обслуживании (ТО) и ремонте со специализированной организацией, работники которой помогут поддерживать внутри-домовое (внутриквартирное) газоиспользующее оборудование в техническом состоянии, соответствующем предъявляемым к нему нормативным требованиям. Техническое обслуживание газоисполь-зующего оборудования, например газового котла, — обязательное мероприятие для его безопасной эксплуатации и позволяет избежать аварийных ситуаций с системой отопления в зимний период, а плановое обслуживание дает возможность предупредить возникновение неисправности на начальной стадии и снизить стоимость ремонта, поскольку устаревшее оборудование снижает надежность системы.
Анализ аварий, произошедших на сетях газораспределения и газопотребления за последнее десятилетие, показывает, что наиболее аварийными объектами являются жилые дома и газопроводы — 90-93 % от общего числа аварий, и на них приходится свыше 90 % от общего количества пострадавших1. Поэтому для грамотной эксплуатации газоиспользу-ющего оборудования, помимо проведения первичного инструктажа, возникла необходимость внесения изменения в существующие нормативные документы и обучения граждан, например, по выполнению работ по проверке состояния и прочистке дымовых и вентиляционных каналов в газифицированных жилых домах (Приказом Минстроя России № 1614/пр была утверждена «Инструкция по безопасному использованию газа при удовлетворении коммунально-бытовых нужд»).
Проблемными остаются вопросы по приведению автоматики безопасности газоиспользующего оборудования и телемеханики в соответствие с современными техническими требованиями.
Применение риск-ориентированного подхода в надзорной деятельности основано на разделении опасных производственных объектов на классы опасности (показатель опасности объекта). За 2019 год федеральный государственный надзор в области промышленной безопасности осуществлялся в отношении свыше 64 тысяч опасных производственных объектов (ОПО) сетей газораспределения и газопотребления, относящихся к четырем классам опасности.
На сегодняшний день газопроводы сетей газораспределения и газопотребления протяженностью
958 760 км снабжают газом 18 594 поднадзорных промышленных предприятий, 447 тепловых электрических станций, 58 655 газовых отопительных и производственных котельных. По сравнению с 2018 г. в 2019 г. на объектах газораспределения и газопотребления произошло снижение числа аварий на 3 % (см. табл.).
Согласно имеющимся данным, в 2016 г. в Саратовской области был зарегистрирован 71 инцидент, при этом 65 из них произошло в результате ненадлежащего использования внутридомового газового оборудования (утечки газа на газовых приборах ВДГО, внутриподъездных газопроводах и газопроводах-вводах в подъезды жилых домов, нарушение абонентами правил пользования газовыми приборами ВДГО, приведшее к отравлению угарным газом). За 2017 г. произошло 49 инцидентов, из них пожары и случаи, связанные с использованием внутридомо-вого газоиспользующего оборудования, составляют 45 (рис. 1).
При анализе обращает на себя внимание значительный процент аварий от механических повреждений газопроводов сторонними организациями, что свидетельствует об отсутствии согласования с газораспределительной организацией и присутствия на месте работ ее представителя для должного контроля за производством земляных работ (что является прямым нарушением требований федеральных норм и «Правил безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения»).
Следует отметить существенное, по сравнению с предыдущими годами, снижение инцидентов, связанных со стихийными явлениями (падение деревьев, упавший с крыши снег, ледяные глыбы, оползни, паводок); несанкционированным вмешательством в работу газоиспользующего оборудования посторонних лиц; террористическими действиями; нарушением работы пунктов редуцирования; образованием гидратных закупорок и обледенением оборудования.
Помимо перечисленных факторов, частые причины возникновения аварийных ситуаций — использование газоиспользующего оборудования и арматуры с истекшим сроком службы [3, 4]. Правительство РФ еще в 2013 г. приняло Правила пользования газом в части обеспечения безопасности при использовании и содержании внутридомового и внутриквартирного газового оборудования при предоставлении коммунальной услуги по газоснабжению (Постановление от 14.05.2013 № 410), обязывающие проводить техническое диагностирование газоиспользующего оборудования с истекшим сроком службы, которое, однако, не дает гарантии продления его применения. Кроме этого, старое оборудование подлежит ежегодному техническому обслуживанию, что повышает денежную нагрузку на потребителей, в связи с чем целесообразнее проводить своевременную замену
< п
I*
На
з_ о Г и 3
0 СО п СО
1 2
< -»
о СО
и -
Г I
< 3 О
о5
О п
со со
м со
0
1
СП СП о о
< )
16
® ®
л '
О» 00
1 £
(Л п
(Я у
с о
® X
о о
сч N
о о
N N
о о
г г
¡г <и
U 3
> (Л
С И 2
U <о
<0 <U
¡1
Ф Ф
О ё
(Л
ел
.Е о
^ с ю о
si
о ЕЕ fe о
О) ^ т- ^
£
> А
■8 Is ^
El
О И
Рис. 1. Анализ инцидентов, произошедших за 2016-2017 гг. (по данным АО «Газпром газораспределение Саратовская область»): 1 — механические повреждения надземных газопроводов автотранспортом; 2—коррозионные повреждения; 3 — стихийные явления (оползни, паводки, падения деревьев); 4 — отключение и повреждение газового оборудования и газопроводов неизвестными лицами и связанные с террористическими действиями; 5 — при понижении давления срабатывание ПЗК в ГРП; 6 — механические повреждения подземных газопроводов при земляных работах сторонними организациями; 7—пожары (неосторожное обращение с огнем, перекал печи); 8—утечка газа (во фланцевом соединении, разрыв св. шва, микротрещина); 9 — образование гидратных пробок, обледенение оборудования; 10 — ВДГО (ОДГО); 11 — отравление угарным газом; 12 — повреждение газопровода ветхими строениями; 13 — прочие (не связанные с использованием газа)
Fig. 1. Analysis of incidents that occurred in 2016-2017 (according to JSC Gazprom Gas Distribution Saratov Region): 1 — mechanical damage to overhead gas pipelines by vehicles; 2 — corrosion damage; 3 — natural phenomena (landslides, floods, falling trees); 4 — disconnection and damage of gas equipment and gas pipelines by unknown persons and associated with terrorist actions; 5—when the pressure drops, the shut-off valve is triggered in the hydraulic fracturing; 6—mechanical damage to underground gas pipelines during earthworks by third-party organizations; 7 — fires (careless handling of fire, overheated furnaces); 8 — gas leak (in the flange connection, rupture of the holy seam, microcrack); 9 — formation of hydrate plugs, equipment icing; 10 — VDGO (ODGO); 11 — carbon monoxide poisoning; 12 — damage to the gas pipeline by dilapidated buildings; 13 — other (not related to the use of gas)
газоиспользующего оборудования и арматуры с истекшим сроком службы.
В результате воздействия природных и техногенных факторов при повреждении газопроводов происходит массовый выброс ПГ в атмосферу, при этом образовавшаяся газовоздушная смесь — легко-воспламеняемая, и большая часть разрывов газопроводов сопровождается ее интенсивным горением, нанося ощутимый экологический урон окружающей
среде и тяжелые экономические последствия (штрафы, компенсации за причиненный ущерб, затраты на восстановительные работы).
На рис. 2 представлена величина экономического ущерба от аварий на сетях газораспределения и газопотребления с 2011 по 2019 гг.
Согласно статистике, объем утечек по причине аварийного выброса газа из-за разрыва газопровода варьируется в диапазоне от 2,5 до 3 млн м3 [1].
Рис. 2. Экономический ущерб от аварий на сетях газораспределения и газопотребления (данные Ростехнадзора) Fig. 2. Economic damage from accidents on gas distribution and gas consumption networks (data from Rostekhnadzor)
Как показывает анализ, возможные объемы утечек для внутридомовых газопроводов в зависимости от размера повреждения могут составлять 0,1-1000 м3/ч, а для наружных газовых сетей — 1000-10 000 м3/ч. Однако утечки из внутридомовых газораспределительных систем представляют большую опасность, нежели выбросы газа из наружных распределительных газопроводов. Это обстоятельство объясняется сложностью создания условий для взрыва газовоздушной смеси в открытом пространстве без источника воспламенения, в то время как утечка внутри здания может образовать взрывоопасную концентрацию, приводящую к взрыву и разрушениям. Взрыв ПГ может произойти при случайном совпадении следующих событий: отказ в системе редуцирования, отказ срабатывания предохранительно-сбросного и предохранительно-запорного клапанов и случайное появление источника воспламенения газовоздушной смеси. Действенными мерами обеспечения безопасности являются надлежащая работа приточно-вытяжной вентиляции и оборудование систем внутридомового газоснабжения сигнализаторами загазованности, автоматически отключающими подачу газа при возникновении аварийных ситуаций.
При любых видах повреждений расчет утечки газа из надземного газопровода можно отнести к стандартному расчету истечения газа из трубопровода в атмосферу, которое определяется давлением газа в газопроводе, площадью отверстия повреждения и его конфигурацией.
Более сложный расчет утечки газа из подземного газопровода. Этот расчет устанавливается целым рядом определяющих факторов (кроме давления, площади и конфигурации отверстия): глубиной заложения газопроводов, физическими и температур-
ными характеристиками грунта, степенью его сопротивления движению газа и др.
До 2018 г. объем аварийных выбросов рассчитывался по методике, разработанной АО «Гипрони-игаз», — упрощенный метод расчета возможного выброса газа в условиях повреждения подземных и надземных газопроводов, в котором сопротивлением грунта пренебрегается и считается, что весь газ выходит в атмосферу. Однако, как показал анализ, при проведении расчетов не учитываются изменение режима функционирования сети в случае наступления аварийной ситуации: снижение давления газа в газопроводе, нарушение режима потребления газа у различных категорий потребителей и другие факторы. Помимо этого, расчетные значения выбросов были значительно завышены по сравнению с действительными.
Согласно информации, представленной в работе [24], удельное количество выбросов газа, истекающего в атмосферу из щели в сварном шве стыка газопровода О, г/с, определяется по формуле:
G = 20 500щШ\ ¡р0- •Т •р0р0 T р
< п
iH
з_ G Г
0 CO
§ С/5
1 <
< -»
J CD
U -
r i
n °
< 3 О
oi
СЛ '
CO CO
l\J со
0
1
CO CO о о
(1)
где ф — коэффициент, учитывающий снижение скорости из-за наличия сопротивления трения и потерь энергии за счет завихрения потока. Согласно публикации [24] при истечении из отверстия с острыми кромками принимается равным 0,97; при истечении из отверстия, имеющего примерную форму цилиндра, — 0,82; при истечении из расширяющегося отверстия — 0,95-0,98; / — площадь отверстия, м2; I — длина линий разрыва наружного периметра трубы, % от общего периметра; ё — диаметр газопро-
< )
|6
® ®
л '
о> п
1 т
(Я У
с о <D X
оо
сч N
о о
N N
о о
г г
¡г <и
и 3
> (Л
с «
и <о
<0 щ
¡1
<и а
о 8
вода, м; 5 — ширина раскрытия щели (отверстия аварийного повреждения), м; р0 — плотность газа при нормальных условиях, кг/м3; Т1 — абсолютная температура окружающей среды, К; Т0 — абсолютная температура газа в газопроводе, К; Р0 — абсолютное давление газа в газопроводе в месте расположения сварного стыка, Па; Р1 — атмосферное давление, Па Р = 101325 Па).
При расчете скорости истечения (выброса) газа следует учитывать давление газа перед аварийным отверстием. При низком давлении газа (до 5 кПа), м/с:
Щ = 1,4142
Ро - Р
Рг
(2)
При среднем давлении газа (от 5 кПа до 0,09 МПа) необходимо учитывать наступление критических условий истечения, м/с:
Щ =
к -1 0
к-1
1 -
V р0 )
(3)
где к—показатель адиабаты (определяется согласно ГСССД 160-93 «Таблицы стандартных справочных данных. Газ природный расчетный. Плотность, фактор сжимаемости, энтальпия, энтропия, изобарная теплоемкость, скорость звука, показатель адиабаты и коэффициент объемного расширения при температурах 250...450 К и давлениях 0,1...12 МПа»).
Используя закон сохранения массы, можно определить объем выбросов газа через поврежденную часть газопровода [1, 25]. Так, для газопроводов низкого и среднего (высокого) давления объем утечек, в зависимости от размера повреждения, можно вычислить путем совместного решения системы уравнений:
<л ел
.Е о с
ю о
8« о ЕЕ
£ о
О) ^ т- ^
Е
22
> А
2 3
■8 £ ^ Е!
О (Я
М1 + 2,9.10 -2± а ах
Рх = Р - 54,5
¥х = 3,7 /хРХО'5 = 2,9 а 2фРх0'5С2;
Л0,25 ф
—I
а5 /х'
(4)
х, с(в)
= Р12 -1,11 10-3 х
М1 + 2,9.10 -2± а ах
л0,25
—I
а5 /х'
(5)
х,с(в)
= 1090/хРх,
где Рх — избыточное давление перед отверстием повреждения газопровода, МПа; Р1 — абсолютное давление газа в начале газопровода, МПа; ё — внутренний диаметр газопровода, мм; Qx — объем выброса газа, поступающего к месту повреждения газопровода; 1х — расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м; ¥х — объем выброса (утечки) газа в атмосферу, м3; /х — площадь отверстия повреждения
газопровода, см2; с2 — размер повреждения (может быть определен как доля полного открытого поперечного сечения газопровода).
Результаты расчетов показывают, что утечка газа из газопроводов среднего давления почти в три раза превышает утечки из газопроводов низкого давления [1]. Однако экспериментальными исследованиями доказано, что продолжительность аварии на газопроводах меньшего диаметра существенно сокращается, и эксплуатация таких систем более экономична и надежна. Вместе с тем, должны быть сохранены и неукоснительно исполняться высокие требования к качеству монтажа и испытаниям газопроводов различных давлений.
В процессе эксплуатации газораспределительной системы аварийная опасность оценивается объемом возможного аварийного выброса или утечки газа в зависимости от следующих определяющих факторов: диаметр и эксплуатационная протяженность газопровода, категория давления, геометрический размер и форма аварийного отверстия в газопроводе и других условий [1, 5].
При повреждении газопровода высокого (среднего) давления объем выброса газа, м3/ч, можно рассчитать по формуле:
Гуг = РгЛ£М2фРавС, (6)
где рг — плотность газа, кг/м3; g — ускорение силы тяжести; 9 — коэффициент расхода газа через отверстие неправильной формы с необработанными краями; ё —диаметр отверстия повреждения газопровода, см; ф — числовой коэффициент, определяемый по известным зависимостям при истечении газа в атмосферу и при избыточном давлении перед отверстием до 0,08 МПа; Рав — абсолютное давление газа внутри газопровода перед отверстием повреждения, МПа; С — числовой коэффициент, характеризующий размер повреждения газопровода, принимается как доля площади поперечного сечения трубы.
На сегодняшний день действуют рекомендации АО «Газпром газораспределение» (Р Газпром газораспределение 12.2.2-2-2015). В данном документе приводятся характеристики вариантов развития аварии:
• сохранение нормального режима газоснабжения — в период от начального момента аварии до начала проведения работ по локализации поврежденного участка сети газораспределения и (или) газопотребления в аварийно-диспетчерскую службу газораспределительной организации не поступали сведения о нарушении режимов поставки газа потребителям;
• нарушение нормального режима газоснабжения — если хотя бы по одному потребителю газа в период от начального момента аварии до начала проведения работ по локализации поврежденного участка сети газораспределения и (или) газопотребления в аварийно-диспетчерскую службу газорас-
х
пределительнои организации поступали сведения о нарушении режимов поставки газа.
Объем аварийного выброса из участка газопровода устанавливается суммой выбросов газа до и после осуществления работ по локализации аварии, объема газа на продувку сети и объема газа, затрачиваемого на поставарийную регулировку и настройку оборудования.
Если рассматривать аварийный выброс газа как процесс истечения через дроссельное отверстие в атмосферу воздуха, можно прийти к следующему выводу, что применение теоретических методов для определения входящих в расчетные формулы коэффициентов расхода и коэффициентов, учитывающих изменение удельного объема сжимаемой среды при ее протекании через дроссельные отверстия, достаточно затруднительно.
Для определения больших и средних выбросов газа можно использовать процесс нерегулируемого дросселирования газа через седло регулятора давления, пропускная способность которого рассчитывается по известной формуле, м3/с:
V = ае/
2 я АР
У
(7)
=/
АР; к; р1
т
(8)
ном органе
МПа; АР = Рх - Р2
Р2 — абсолютное давление среды после дроссельного органа, МПа.
После преобразований расход истекаемого газа, м3/ч, определится по формуле:
V = 0,0125ае С21—, У
(9)
где ё — диаметр аварийного отверстия, мм.
При рабочем состоянии среды (при давлении Р и температуре Т) расход газа из отверстия повреждения, м3/ч, составит:
РТ АР V = 0,0125ае сС2 ' 1 н
\РНТКун '
где К — коэффициент сжимаемости газа:
К=±,
(10)
(11)
где V — пропускная способность или объемный расход среды в рабочем состоянии, м3/с; а — коэффициент расхода, учитывающий неравномерность распределения скоростей по сечению потока, обусловленную влиянием вязкости среды и трения ее о трубопровод и сужающее устройство (проход). Величина коэффициента а зависит главным образом от типа и конструкции сужающего устройства, числа Рейнольдса и отношения площадей сужающего устройства и трубопровода, и почти не зависит от рода протекающей среды; е — коэффициент, учитывающий изменение удельного веса газа при протекании через дроссельное устройство, зависит от отношения величины перепада давления АР в дроссельном органе к абсолютному давлению газа или пара до дроссельного органа Р1. Для различных газов при одних и тех же величинах указанного отношения коэффициент е зависит от показателя адиабаты к. Кроме того, е зависит от отношения площадей сужающего устройства и трубопровода (т) и типа сужающего устройства:
где г — фактор сжимаемости ПГ при рабочих условиях; 2С — фактор сжимаемости ПГ при стандартных условиях; Тн — абсолютная температура газа, соответствующая нормальным условиям (0 °С, 273,16 К); Т — температура газа, соответствующая рабочим условиям, К; Рн — абсолютное давление газа, соответствующее нормальным условиям, (0 °С и 760 мм рт. ст.), Рн = 101,325 кПа. Стандартные условия указаны в ГОСТ 2939 и составляют Рс = 101,325 кПа; Тс = 293,15 К.
Коэффициент сжимаемости, коэффициент адиабаты и плотность газа при измеренных значениях температуры и давления рассчитываются по методике, изложенной в ГОСТ 30319.2-2015.
Для приближенного определения пропускной способности регуляторов давления широко пользуются формулами адиабатического истечения газов и паров из сужающихся сопел или сопел, имеющих постоянное сечение. Тогда при нормальных условиях, м3/с:
V = а/
2 к+1 1
0 к 2 1 ( Р Р2 к ( Р Р2 к
1Р1 V 1Р1 V Ун
где / — площадь свободного проходного сечения дроссельного органа, м2; g — ускорение силы тяжести, м/с2; у—удельный вес газа в рабочем состоянии перед дроссельным органом, кг/м3: у = р^; рг — плотность газа, кг/м3; АР — перепад давления в дроссель-
Р, — абсолютное
вкр =
к +1
к к-1
давление среды перед дроссельным органом, МПа;
При в < вкр режим истечения — сверхзвуковой, при в > вкр — дозвуковой; в = вкр — скорость истечения равна местной скорости звука:
< п
I*
На
о •
со
< -»
о со
и -
Г I
< 3
о <
о5
О п
(12)
со со
м
СО
0
1
СП СП о о
Приведенные расчетные формулы для расчета
Р2
расхода газа даны для условия, когда — > вкр, где
Р1
в — коэффициент, по которому судят о режиме истечения:
(13)
< )
|6
® ®
л * О» 00
1 £
(Л п (Я у с о
® X | |
о о
с
сч N
о о
N N
о о
г г
К <D
U 3
> (Л
с и
U <о
<0 <U
¡1
Ф Ф
О %
а = 18,591
/ \0,5
' Tkz л ,
ZcPc
(14)
где pc — плотность при стандартных условиях.
Для условия, когда — ^Ркр, расход газа P1
составит:
V = af
2 g
k +11 k +1
Y н
(15)
V = 18,591
/ \0,5
' Tkz л
ZcPc
3600f a 2g(J>1 Р ^ (16)
V Yh
<л
(Л
.Е о
dl"
^ с ю о
S g
о ЕЕ
СП ^ т- ^
22 J > А
£ г? Si
О И
зволяющии минимизировать недоотпуск газового топлива при инцидентах и авариях.
Опыт диагностики газовых сетеИ свидетельствует, что среди всех обнаруживаемых дефектов значительную часть составляют монтажные дефекты, вызванные нарушением технологии прокладки газопроводов и монтажа газовоИ арматуры (рис. 3), и разрушительные коррозионные процессы (рис. 4).
При критической скорости истечения с учетом уравнения неразрывности и закона сохранения массы при малых утечках газа, когда они практически не влияют на сложившийся до их появления гидравлический режим газопровода (когда пьезометрический график можно принять неизменным) и при средних по величине повреждениях в конце газопровода для определения расхода истечения предлагается следующая формула, м3/с:
Анализ большого количества аварий на системах газоснабжения показывает, что процесс возникновения аварий имеет случайный характер. Вероятность аварии на газопроводе при одинаковых условиях монтажа и эксплуатации можно считать одинаковой, хотя в реальных условиях какой-то участок системы газоснабжения будет находиться в более благоприятных условиях. Например, если сравнивать серьезность последствий аварии, произошедшей вблизи источника питания, и на периферийных участках. Одним из важных вопросов, требующих решения при проектировании систем газоснабжения, является вопрос о целесообразном количестве и местах установки отключающих устройств, при решении которого следует руководствоваться соображениями надежности и экономичности. Очевидно, необоснованно большое количество отключающей арматуры удорожает систему и усложняет эксплуатацию. Однако протяженность отключаемого в случае аварии участка оказывает существенное влияние на бесперебойность газоснабжения. Например, в кольцевых сетях среднего давления каждый участок имеет возможность газоснабжения с двух сторон, и в случае аварии прекратится газоснабжение потребителей, расположенных только на отключаемом аварийном участке, или потребители смогут получить газ обходным путем при условии резерва пропускной способности соседних исправных участков сети. Поэтому для повышения надежности такой сети отключающие устройства следует устанавливать из условия обеспечения газовым топливом в случае аварии как можно большего количества потребителей и предусматривать резерв пропускной способности, по-
Рис. 3. Дефекты монтажных и сварочных работ на пункте редуцирования (иллюстрация авторов) Fig. 3. Defects in installation and welding works at the reduction point (illustrations by the authors)
Рис. 4. Газопровод, поврежденный коррозией (иллюстрация авторов)
Fig. 4. Corroded gas pipeline (illustration by the authors)
При этом активный процесс коррозии протекает, как правило, в верхней части газопровода, поскольку температура по площади трубы в течение года распределяется неравномерно. Также к числу определяющих факторов возникновения коррозии следует отнести нагрузку от слоя грунта (глубину заложения
газопровода). Как показала обработка статистического материала, наибольшее количество повреждений происходит на газопроводах, бывших в эксплуатации свыше 35 лет. За период с 2008 по 2018 гг. на газораспределительных сетях было зафиксировано свыше 1700 аварийных инцидентов с суммарным ущербом от 7 млн руб./год.
Анализ имеющихся статистических данных показал, что из общего количества аварий, связанных с распределением и использованием ПГ, на аварии на газопроводах приходится до 50 %. Аварии, связанные с распределением и использованием газа, — порядка 30 %, при этом последствия от данной категории аварий более тяжелые и связаны с существенными материальными затратами. Таким образом, накопление и систематизация информации по характеру возникновения аварийных ситуаций, размерам ущерба у конкретных потребителей позволяют выявить наиболее уязвимые места и разработать организационные мероприятия по их предупреждению и ликвидации, в том числе путем проведения разного рода исследований и проектных разработок, направленных на повышение уровня безопасности газораспределительных систем, минимизацию материального ущерба и человеческих жертв. Расчет оптимального уровня надежности, как одной из технико-экономических категорий, включая анализ и оценку риска, должен быть одним из необходимых этапов разработки проектов газораспределительных систем и их дальнейшей эксплуатации.
Также важным фактором надежной эксплуатации объектов и оборудования газораспределительной системы служит точность установления остаточного срока службы или остаточного ресурса. Для оценки остаточного ресурса используются различные методы и средства диагностики. Вместе с тем большая часть существующих методов основана на детерминированных моделях износа оборудования и сложной в применении теории случайных процессов. Анализ литературных источников, посвященных данному вопросу [26-28], показал, что наиболее приемлема методология, основанная на представлении о том, что остаточный срок службы (ресурс) машины является случайной величиной, которую можно описать только вероятностными моделями [26].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ
Применение современных методов мониторинга и диагностики, своевременный капитальный ремонт и реконструкция позволяют в том числе продлить срок службы объектов газораспределительных систем.
Проведенные исследования и анализ дают возможность сделать следующие основные выводы:
• газораспределительная система порождает поток аварий и инцидентов, интенсивность которых зависит от расхода газового топлива, протяженности
газопроводов, срока эксплуатации объектов газового хозяйства, конфигурации системы, категории давления газа и других определяющих факторов;
• аварийные ситуация на сетях газораспределения и газопотребления оказывают существенное влияние на экономическое развитие топливно-энергетического комплекса;
• возникновение и развитие аварийных ситуаций в большинстве своем носит случайный характер;
• наиболее опасным объектом газораспределительных систем являются внутридомовые системы и газоиспользующее оборудование;
• регулярный характер носит возникновение аварийных ситуаций из-за нарушения требований нормативной документации и несоблюдение технологии строительно-монтажных работ сторонними организациями;
• аварии, вызванные наличием внутренних скрытых дефектов газоиспользующего оборудования, арматуры и трубопроводов, характеризуются тяжелыми последствиями и носят неконтролируемый характер.
Энергетическая безопасность — один из главных стратегических ориентиров. Действенными методами обеспечения безопасности функционирования газораспределительной системы служат усиление контроля к порядку выдачи согласований и разрешений на вскрышные работы, своевременное проведение работ по выявлению утечек приборным методом и проведением внеочередного приборного обследования газопроводов. Кроме этого, для обеспечения надежной эксплуатации и поддержания проектных характеристик газопроводов и оборудования необходима их ежегодная плановая замена.
Эффективность функционирования при этом напрямую зависит от качества оценки рисков и методов устранения дефектов. Для этого применяются уникальные технологии диагностики трубопроводных систем с использованием электрометрии, вну-тритрубной диагностики, акустической эмиссии, аэрокосмических методов, ГИС-технологий, ультразвукового и рентгеновского контроля, мощного технического и экологического мониторинга.
Обеспечение безопасной эксплуатации объектов газотранспортной системы и безопасного использования газа различными категориями потребителей зависят не только от четкой организации системы надзора, методологии учета и анализа аварийности систем, разработки методологических принципов по повышению эффективности и надежности газораспределительных систем, установления связи между показателями надежности и конструктивными особенностями, но и от осуществления конкретных решений на уровне совершенствования отдельных элементов и оборудования, включая создание новых конструкций и технологий с критической оценкой на предмет экономической обоснованности применяемых решений, а также уход от традиционной ме-
< п
I*
На
з_ о Г и 3
0 СО п СО
1 2
< -»
о СО
и -
Г I
< 3 О
о5
О п
со со
м со
0 ^
1
со
СП о о
< )
16
® ®
л '
О» 00
I £
(Л п
(Я у
с о
® X
о о
22
о о
2 2
о о
г г
¡г <и
и 3 > (Л
с «
и <о
<0 (и ¡1
о 8
тодологии проектирования газораспределительных систем на максимум газопотребления, избыточного резервирования и повышенной материалоемкости.
Для оценки взаимного влияния дисконтированных затрат и выбросов газа проведены сравнительные расчеты по принятым в настоящее время категориям давлений газа. Как показывают результаты расчетов, повышение давления газа в газопроводах позволяет снизить материальные затраты и уменьшает потенциальную аварийную опасность.
Дополнительного снижения металло-, материалоемкости газовых сетей (до 10-15 % при снижении их стоимости до 4-5 %) можно достичь оптимальным распределением расчетного перепада давления между участками сети в зависимости от характера планировки и застройки населенного пункта. Эксплуатационная и проектная практика научно-исследовательского и проектного института АО «Гипро-ниигаз» и исследования, проведенные Л.М. Фастовым, доказывают, что при работе сети газораспределения не всегда удается полностью использовать расчетный перепад давления, величина которого регламентирована нормативными документами в размере 1800 Па (АР = 1). Это обстоятельство также было учтено при сравнительных расчетах — расчеты проводились для следующих значений АР: АР = 1; АР = 0,75 АР; АР = 0,5 АР; АР = 0,25 АР. Анализ полученных результатов показал, что неполное использование располагаемого расчетного перепада давления заметно увеличивает дисконтированные затраты в устройство системы, одновременно повышая опасность утечек газа. Так, например, при использовании расчетного перепада давления на 75 % (0,75 АР) для высокого (среднего) давления газа в газопроводе затраты возрастают почти на 5-10 %, а опасность утечки газа увеличивается на 10-20 %.
Выявление утечек газа при нарушении герметичности газопроводов в процессе эксплуатации или возникновении аварийных ситуаций — сложная задача. Помимо усовершенствования приборных методов обнаружения утечек и проверки герметичности
запорно-регулирующей арматуры, улучшения системы одоризации и учета расхода газа, важную роль играют количественные методы определения утечек, позволяющие установить наличие и величину аварийного выброса газа, в том числе на труднодоступных участках сети газораспределения, и выявить степень срочности устранения аварийной ситуации. Кроме этого, применение одноступенчатых сетей газораспределения — подача газа потребителям осуществляется по газопроводам высокого (среднего) давления, а снижение давления газа перед подачей в здание производится в пунктах редуцирования, оборудованных домовыми регуляторами давления, — является важным резервом повышения экономической эффективности газораспределительных систем. Целесообразность и эффективность применения одноступенчатых газораспределительных систем в качестве альтернативы двухступенчатым системам доказана многолетним зарубежным опытом эксплуатации и результатами их апробации в отечественной практике.
Использование системного подхода и причинно-следственных связей при учете и анализе аварийности в газовом хозяйстве дают возможность научно обосновать методы безопасной эксплуатации, диагностики и контроля состояния объектов газового комплекса, разработать подходы к решению ряда важных задач: повышение безопасности систем на стадии проектирования и эксплуатации; оценка опасности утечек газа; определение объемов выбросов газа; выявление технических рисков функционирования системы газораспределения, определяющихся вероятностью, и градация по последствиям определенного уровня; оценка риска аварии на основании результатов приборного технического обследования распределительных газопроводов; установление срока продления эксплуатации системы в состоянии, отвечающем заданным показателям технической надежности и безопасности, на основании экономических показателей затрат на дальнейшую эксплуатацию и др.
<л ел
.Е о
• с ю о
8 1 о Е
О) ^ т- ^
Е 22 ^
> А
■8 11 Е!
О И
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Фастов Л.М., Медведева О.Н., Соловьева Е.Б. Надежность систем газоснабжения: монография. Саратов : Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., 2012. 148 с.
2. Медведева О.Н., Иванов А.И. Развитие распределительных систем газоснабжения // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2014. Т. 3. № 1 (76). С. 75-79.
3. ИльинВ.И., КузовлеваЯ.И., ПлотниковаМ.И. Анализ аварийности на объектах газораспределительных организаций // Газовая промышленность. 2016. № 3 (742). С. 82-83.
4. Белоусенко И.В., Ковалев А.П., Лехтман И.И. Влияние надежности оборудования газораспределительных пунктов на взрывобезопасность газифицированных объектов // Промышленная энергетика. 2011. № 11. С. 48-54.
5. Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Аварийные выбросы природного газа: проблемы и пути их решения // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2010. № 8. С. 4-11.
6. Боде И. Опыт ремонта газовых вводов в газораспределительных организациях Латвии // Науч-
но-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения. 2018. № 1. С. 7-13.
7. Sun B., Utikar R.P., Pareek V.K., Guo K. Computational fluid dynamics analysis of liquefied natural gas dispersion for risk assessment strategies // Journal of Loss Prevention in the Process Industries.
2013. Vol. 26. Issue 1. Pp. 117-128. DOI: 10.1016/j. jlp.2012.10.002
8. Weller Z.D., Yang D.K., Fischer J.C. An open source algorithm to detect natural gas leaks from mobile methane survey data // PLoS ONE. 2019. Vol. 14. Issue 2. P. e0212287. DOI: 10.1371/journal.pone.0212287
9. Zimmerle D.J., Williams L.L., Vaughn T.L., Quinn C., Subramanian R., Duggan G.P. et al. Methane Emissions form the Natural Gas Transmission and Storage System in the United States // Environmental Science and Technology. 2015. Vol. 49. Issue 15. DOI: 10.1021/acs.est5b01669
10. HendrickM.F., AckleyR., Sanaie-MovahedB., TangX., PhillipsN.G. Fugitive methane emissions from leak-prone natural gas distribution infrastructure in urban environments // Environmental Pollution. 2016. Vol. 213. Issue 44. Pp. 710-716. DOI: 10.1016/j.envpol.2016.01.094
11. Wang W., ShenK., WangB., Dong C., KhanF., Wang Q. Failure probability analysis of the urban buried gas pipelines using Bayesian networks // Process Safety and Environmental Protection. 2017. Vol. 111. DOI: 10.1016/j.psep.2017.08.040
12. Равин А.А., Хруцкий О.В. Прогнозирование технического состояния оборудования. Deutschland, Saarbruken : LAP LAMBERT Academic Publishing,
2014. 141 p.
13. Bakesheva A.T., Irgibaev T.I., Belousov A.E. Determination of natural gas loss values based on physical simulation of leakages from the pipeline to the media with superatmospheric pressure using a volumetric-type expander // NEWS of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. 2019. Vol. 3. Issue 435. Pp. 114-121. DOI: 10.32014/2019.2518-170X.76
14. Bakesheva A.T., Fetisov V.G., Pshenin V.V. A refined algorithm for leak location in gas pipelines with determination of quantitative parameters // International Journal of Engineering Research and Technology. 2019. Vol. 12. Issue 12. Pp. 2867-2869.
15. Quy T.B., Kim J.-M. Real-Time Leak Detection for a Gas Pipeline Using a k-NN Classifier and Hybrid AE Features // Sensors. 2021. Vol. 21. Issue 2. Pp. 367. DOI: 10.3390/ s21020367
16. Li Z., ZhangH., Tan D., ChenX., Lei H. A novel acoustic emission detection module for leakage recognition in a gas pipeline valve // Process Safety and
Поступила в редакцию 24 июня 2021 г. Принята в доработанном виде 27 сентября 2021 г. Одобрена для публикации 4 октября 2021 г.
Environmental Protection. 2017. Vol. 105. Pp. 32-40. DOI: 10.1016/j.psep.2016.10.005
17. Li Sh., Wen Yu., Li P., Yang Jin, Dong X., Mu Ya. Leak location in gas pipelines using cross-time-frequency spectrum of leakage-induced acoustic vibrations // Journal of Sound and Vibration. 2014. Vol. 333. Issue 17. Pp. 3889-3903. DOI: 10.1016/j. jsv.2014.04.018
18. Lu H., Iseley T., Behbahani S., Fu L. Leakage detection techniques for oil and gas pipelines: State-of-the-art // Tunnelling and Underground Space Technology. 2020. Vol. 96. DOI: 10.1016/j.tust.2019.103249
19. Adnan N.F., Ghazali M.F., Amin M.M., Hamat A.M.A. Leak detection in gas pipeline by acoustic and signal processing -- а review // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015. Vol. 100. P. 012013. DOI: 10.1088/1757-899X/100/1/012013
20. Shan X., Liu K., Sun P.-L. Risk Analysis on Leakage Failure of Natural Gas Pipelines by Fuzzy Bayesian Network with a Bow-Tie Model // Scientific Programming. 2017. P. 3639524. DOI: 10.1155/2017/3639524
21. Zadkarami M., Shahbazian M., Salah-shoor K. Pipeline leak diagnosis based on wavelet and statistical features using Dempster-Shafer classifier fusion technique // Process Safety and Environmental Protection. 2017. Vol. 105. Pp. 156-163. DOI: 10.1016/j. psep.2016.11.002
22. Weller Z.D., Hamburg S.P., von Fischer J.C. A national estimate of methane leakage from pipeline mains in natural gas local distribution systems // Environmental Science & Technology. 2020. Vol. 54. Issue 14. Pp. 8958-8967. DOI: 10.1021/acs.est.0c00437
23. Сальников С.Ю., Снежин А.Н., Простоки-шин В.М., Васкань И.Я. Моделирование нештатных и аварийных ситуаций в современных тренажерах // Научно-технический сборник «Вести газовой науки». 2017. № 1 (29). С. 41-48.
24. Михеев В.П. Газовое топливо и его сжигание. Л. : Недра, 1966. 327 с.
25. Фастов Л.М. Новая формула для практических расчетов газопроводов // Газовая промышленность. 1992. № 8. С. 37.
26. Лейфер Л.А. Методы прогнозирования остаточного ресурса машин и их программное обеспечение. М. : Знание, 1988. 60 с.
27. Решетов Д.Н., Иванов А.С., Фадеев В.З. Надежность машин. М. : Высшая школа, 1988. 237 с.
28. Маннапов Р.Г. Методы оценки надежности оборудования, подвергающегося коррозии. М. : ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. 47 с.
< п
iH
з_ G Г
0 СО n С/5
1 <
< -»
J CD
U -
r i
n °
< 3 О
oi
О n
CO CO
l\J со
0
1
CO CO о о
< )
f6
® ®
л '
o> n
1 T
s У с о <D X
oo
Об авторах : Оксана Николаевна Медведева — доктор технических наук, доцент, профессор кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела; Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (СГТУ имени Гагарина Ю.А.); 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, д. 77; РИНЦ ID: 622756, Scopus: 56754888500, ResearcherlD: S-8351-2016, ORCID: 0000-0002-0861-0335; medvedeva-on@mail.ru;
Александр Юрьевич Чиликин — аспирант кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела; Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (СГТУ имени Гагарина Ю. А.); 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, д. 77; Scopus: 57205433319; chilikin.063@gmail.com.
Вклад авторов:
Медведева О.Н. — научное руководство; развитие методологии; написание исходного текста; итоговые выводы.
Чиликин А.Ю. — автор внес существенный вклад в концепцию исследования, получение данных, их анализ и интерпретацию.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
N N
О О
N N
О О
г г
К <D
U 3
> (Л
с и
to со
<0 <U
¡1
<D <D
О ё
(Л
w
.Е о
• с ю о
S 1
о ЕЕ а> ^
Е
22 J
> А £ w
£ * El
О И
1. Fastov L.M., Medvedeva O.N. Reliability of gas supply systems. Saratov, Yuri Gagarin Saratov State Technical University, 2012; 148. (rus.).
2. Medvedeva O.N., Ivanov A.I. Development of gas distribution systems. Bulletin of Saratov State Technical University. 2014; 3(1):(76):75-79. (rus.).
3. Ilyin V.I., Kuzovlev Ya.I., Plotnikova M.I. Analysis of accidents at gas distribution organizations' sites. Gas Industry. 2016; 3(742):82-83. (rus.).
4. Belousenko I.V., Kovalev A.P., Lekhtman I.I. Influence of the reliability of gas distribution points equipment on the explosion safety of gasified objects. Industrial Energy. 2011; 11:48-54. (rus.).
5. Bashkin V.N., Galiulio R.V., Galiulina R.A. Emergency emissions of natural gas: problems and ways of their solution. Environmental Protection in Oil and Gas Complex. 2010; 8:4-11. (rus.).
6. Bode I. Experience of repair of gas inlets in the gas distribution organizations of Latvija. Scientific and Technical Problems of the Improvement and Development of Gas Supply Systems. 2018; 1:7-13. (rus.).
7. Sun B., Utikar R.P., Pareek V.K., Guo K. Computational fluid dynamics analysis of liquefied natural gas dispersion for risk assessment strategies. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2013; 26(1):117-128. DOI: 10.1016/j.jlp.2012.10.002
8. Weller Z.D., Yang D.K., Fischer J.C. An open source algorithm to detect natural gas leaks from mobile methane survey data. PLoSONE. 2019; 14(2):e0212287. DOI: 10.1371/journal.pone.0212287
9. Zimmerle D.J., Williams L.L., Vaughn T.L., Quinn C., Subramanian R., Duggan G.P. et al. Methane Emissions form the Natural Gas Transmission and Storage System in the United States. Environmental Science and Technology. 2015; 49(15). DOI: 10.1021/acs. est5b01669
10. Hendrick M.F., Ackley R., Sanaie-Movahed B., Tang X., Phillips N.G. Fugitive methane emissions from leak-prone natural gas distribution infrastructure
in urban environments. Environmental Pollution. 2016; 213(44):710-716. DOI: 10.1016/j.envpol.2016.01.094
11. Wang W., Shen K., Wang B., Dong C., Khan F., Wang Q. Failure probability analysis of the urban buried gas pipelines using Bayesian networks. Process Safety and Environmental Protection. 2017; 111. DOI: 10.1016/j.psep.2017.08.040
12. Ravin A.A., Khrutskii O.V. Forecasting technical condition of equipment. Deutschland, Saarbrüken, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014; 141. (rus.).
13. Bakesheva A.T., Irgibaev T.I., Belousov A.E. Determination of natural gas loss values based on physical simulation of leakages from the pipeline to the media with superatmospheric pressure using a volumetric-type expander. NEWS of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. 2019; 3(435):114-121. DOI: 10.32014/2019.2518-170X.76
14. Bakesheva A.T., Fetisov V.G., Pshenin V.V. A refined algorithm for leak location in gas pipelines with determination of quantitative parameters. International Journal of Engineering Research and Technology. 2019; 12(12):2867-2869.
15. Quy T.B., Kim J.-M. Real-Time Leak Detection for a Gas Pipeline Using a k-NN Classifier and Hybrid AE Features. Sensors. 2021; 21(2):367. DOI: 10.3390/ s21020367
16. Li Z., Zhang H., Tan D., Chen X., Lei H. A novel acoustic emission detection module for leakage recognition in a gas pipeline valve. Process Safety and Environmental Protection. 2017; 105:32-40. DOI: 10.1016/j. psep.2016.10.005
17. Li Sh., Wen Yu., Li P., Yang Jin, Dong X., Mu Ya. Leak location in gas pipelines using cross-time-frequency spectrum of leakage-induced acoustic vibrations. Journal of Sound and Vibration. 2014; 333(17):3889-3903. DOI: 10.1016/j.jsv.2014.04.018
18. Lu H., Iseley T., Behbahani S., Fu L. Leakage detection techniques for oil and gas pipelines: State-of-
the-art. Tunnelling and Underground Space Technology. 2020; 96. DOI: 10.1016/j.tust.2019.103249
19. Adnan N.F., Ghazali M.F., Amin M.M., Ha-mat A.M.A. Leak detection in gas pipeline by acoustic and signal processing — a review. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2015; 100:012013. DOI: 10.1088/1757-899X/100/1/012013
20. Shan X., Liu K., Sun P.-L. Risk Analysis on Leakage Failure of Natural Gas Pipelines by Fuzzy Bayesian Network with a Bow-Tie Model. Scientific Programming. 2017; 3639524. DOI: 10.1155/2017/3639524
21. Zadkarami M., Shahbazian M., Salahshoor K. Pipeline leak diagnosis based on wavelet and statistical features using Dempster-Shafer classifier fusion technique. Process Safety and Environmental Protection. 2017; 105:156-163. DOI: 10.1016/j.psep.2016.11.002
22. Weller Z.D., Hamburg S.P., von Fischer J.C. A National Estimate of Methane Leakage from Pipeline Mains in Natural Gas Local Distribution Systems. En-
vironmental Science & Technology. 2020; 54(14):8958-8967. DOI: 10.1021/acs.est.0c00437
23. Salnikov S.Yu., Snezhin A.N., Prostokishin V.M., Vaskan I.Ya. Modelling off-nominal and emergency conditions in state-of-art training simulators. Vesti Gazovoy Nauki. 2017; 1(29):41-48. (rus.).
24. Miheev V.P. Gas fuel and its combustion. Leningrad, Nedra, 1966; 329. (rus.).
25. Fastov L.M. A new formula for practical calculations of gas pipelines. Gas Industry. 1992; 8:37. (rus.).
26. Lejfer L.A. Methods for predicting the residual life of machines and their software. Moscow, Znanie, 1988; 60. (rus.).
27. Reshetov D.N., Ivanov A.S., Fadeev V.Z. Machine reliability. Moscow, Vysshaya shkola, 1988; 238. (rus.).
28. Mannapov R.G. Methods for assessing the reliability of equipment subject to corrosion. Moscow, CINTIhimneftemash, 1990; 48. (rus.).
Received June 24, 2021.
Adopted in revised form on September 27, 2021.
Approved for publication on October 4, 2021.
B i o n o t e s : Oksana N. Medvedeva — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business; Yuri Gagarin State Technical University of Saratov (SSTU); 77 Politechnicheskaya st., Saratov, 410054, Russian Federation; ID RISC: 622756, Scopus: 56754888500, ResearcherlD: S-8351-2016, ORCID: 0000-0002-0861-0335; medvedeva-on@mail.ru;
Aleksander Yu. Chilikin — postgraduate of the Department of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business; Yuri Gagarin State Technical University of Saratov (SSTU); 77 Politechnicheskaya st., Saratov, 410054, Russian Federation; Scopus: 57205433319; chilikin.063@gmail.com.
< П
ÍH k| з_ G Г
M 2
со со
Contribution of the authors:
Мedvedeva О.N. — scientific management; research concept; methodology development; writing the draft; final conclusions.
Chilikin A.Yu. — the author made a significant contribution to the concept of the study, data acquisition, analysis and interpretation.
The authors declare no conflicts of interests.
< -»
j to
u -
r i n
< s о
n
CO CO
l\J CO
0
1
CO CO о о
< )
Í6
D ®
л '
o> n
I £
s у с о <D *
оо
