CC BY
95
Машиностроение и машиноведение
УДК 614.8
ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННЫЕ СВЯЗИ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ АВАРИЙНОСТИ В СИСТЕМАХ СБОРА НЕФТИ И ГАЗА
© 2016 Е.В. Алекина, И.И. Бузуев
Самарский государственный технический университет
Статья поступила в редакцию 02.12.2015
Проведен анализ аварийности в системах сбора и транспорта нефти и газа. По результатам анализа установлены причинно-следственные связи при возникновении аварий в системах сбора и транспорта нефти. Рассмотрена возможность применения концептуальной модели управления профессиональными рисками с целью снижения аварийности в системах сбора и транспорта нефти. Ключевые слова: аварийность, причина, следствие, профессиональный риск, концептуальная модель
Сбор и транспорт скважинной продукции (нефти и газа) представляет собой герметизированную напорную технологическую систему, состоящую из устьевого оборудования, сетей трубопроводов (выкидные трубопроводы, сборные коллекторы), измерительных установок, дожимных насосных станций (ДНС), установок предварительного сброса воды (УПСВ). Наиболее опасными являются ДНС И УПСВ, что обусловлено на ряду с большим количеством обращающегося взрывопожароопасного вещества в оборудовании (сепараторы, резервуары, отстойники), высоким давлением в аппаратах и постоянным нахождением персонала в зоне потенциального риска.
Основными факторами, способствующими возникновению и развитию аварийных ситуаций на объектах подготовки и транспортировки нефти, являются следующие специфические особенности данных производственных объектов:
- обращение в технологическом процессе значительных количеств ЛВЖ и горючего газа;
- содержание большого количества опасного вещества в единичном оборудовании (резервуарах, сепараторах);
- высокая концентрация оборудования и коммуникаций;
- значительная производительность насосных агрегатов перекачки нефти;
- большое количество запорной и регулирующей арматуры и значительная протяженность участков трубопроводов;
- сложность применяемых технологических процессов и высокие параметры их ведения.
Как правило, возникновение аварии является следствием совокупности перечисленных выше причин и факторов, интенсивности их воздей-
Алекина Елена Викторовна, кандидат химических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности». E-mail: alekina-samgtu@mail.ru
Бузуев Игорь Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности». E-mail: bjd@list.ru
ствия на технологические системы и последовательности появления их во времени. По мере накопления факторов, снижающих устойчивость и безопасность эксплуатации технологической системы, существенно расширяется круг возможных инициирующих событий, способных обусловить цепь самопроизвольных неуправляемых нежелательных событий, т.е. способных привести к развитию аварии. Результаты инициирующего события - разгерметизация или разрушение аппаратуры с последующим выбросом (проливом) опасных веществ из технологической системы, рассеиванием веществ, воспламенением и взрывом.
Попутный нефтяной либо транспортируемый по трубопроводам газ способен с атмосферным воздухом образовывать взрывоопасные концентрации смеси. При обслуживании и эксплуатации технологических установок наибольшую опасность представляют ремонтные работы:
- установка или снятие заглушек, прокладок;
- работа в емкостях, колодцах и на высоте, особенно в условиях обледенения в зимнее время; пропаривание трубопроводов;
- чистка внутренней поверхности аппаратов;
- ремонт электрооборудования;
- другие причины.
Именно на стадии возникновения аварии, т.е. до момента разрушения или разгерметизации элементов технологической системы, своевременно принятые меры и квалифицированные действия обслуживающего персонала реально способны локализовать аварию без проявления нежелательных последствий. На каждой последующей стадии развития аварии эффективность действий обслуживающего персонала по ее локализации снижается, а круг возможных нежелательных последствий расширяется [9].
По данным Ростехнадзора [1-7] причинами значительной части аварий на предприятиях добычи нефти и газа являются нарушения требований промышленной безопасности эксплуатирующими организациями, заключающиеся в неэффективной организации и осуществлении
производственного контроля, использовании неисправного оборудования, а также нарушения технологий производства работ. В общем случае систематизированные причины приведены на рис. 1.
Процессы сепарации, подготовки и транспорта нефти и газа являются взрывопожаро-опасными. Разгерметизация оборудования и трубопроводов ведет к выбросу горючих жидкостей и воспламеняющихся газов в производственные помещения и на территорию промышленного объекта с возможностью последующего воспламенения или взрыва от источника инициирования.
ПРИЧИНЫ, СВЯЗАННЫЕ С РАЗРУШЕНИЕМ (РАЗГЕРМЕТИЗАЦИЕЙ) ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ И ОТКАЗАМИ СИСТЕМ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА
Прекращение подачи энергоресурсов может привести к нарушению нормального режима работы установки, выходу параметров за критические значения и созданию аварийной ситуации.
Нарушение прочности оборудования и трубопроводов может быть вызвано заводскими дефектами труб и оборудования, дефектами сварочно-монтажных работ, хрупкостью металла, физическим износом, температурной деформацией, коррозионными процессами.
Невыявленные на стадии испытаний дефекты могут обуславливать образование трещин, которые постепенно увеличиваются и достигают критических размеров. Причинами медленного роста трещин могут быть усталость металла, водородная хрупкость, коррозия, возрастающие напряжения.
Коррозия и эрозия оборудования и трубопроводов может стать причиной разгерметизации оборудования. Чаще всего подобные разрушения имеют локальный характер и не приводят к серьёзным последствиям.
Гидродинамические процессы связаны со следующим типом оборудования:
- насосное и компрессорное оборудование;
- емкостное оборудование;
- трубопроводные системы (трубы и арматура).
Аварийная остановка насосов может привести к нарушению гидравлического, теплового и массообменного режима и разрушению оборудования. Отдельные элементы конструкции насосов обладают низким уровнем надежности (особенно торцевые уплотнения), что является источником утечек горючих жидкостей и газов и может привести к локальным взрывам и пожарам, которые при их развитии могут быть источниками цепного вовлечения в аварию оборудования с большими объёмами опасных веществ. Кроме этого при эксплуатации насосных агрегатов представляет
опасность высокое напряжение электрического тока, подаваемого на электродвигатели.
Емкостное оборудование является источником повышенной опасности из-за значительных объемов сжатых паров, газов и жидкостей, содержащих горючие газы.
Трубопроводные системы являются источником повышенной опасности из-за большого количества сварных и фланцевых соединений, запорной и регулирующей арматуры, жестких условий эксплуатации и значительных объемов горючих веществ, перемещаемых по ним. Причинами разгерметизации трубопроводных систем могут быть:
- остаточное напряжение в материале труб в сочетании с напряжением, возникающем при монтаже и ремонте, что может вызвать поломку элементов запорных устройств, прокладок, образование трещин, разрыв трубопровода;
- разрушения под воздействием температурных деформаций;
- гидравлические удары;
- вибрация;
- превышения давления и т.п.
Массообменные процессы разделения сложных смесей углеводородов (пластовой нефти, воды, попутного нефтяного газа, конденсата) проводятся в крупногабаритном оборудовании, работающем при повышенном давлении. По характеру протекания массообменных процессов, участвующие в них вещества не представляют опасности как источники внутренних взрывных явлений, но под влиянием внешних воздействий (механические повреждения, аварии на соседних блоках и т.п.) может произойти высвобождение больших количеств опасных веществ с образованием паровых облаков.
ПРИЧИНЫ, СВЯЗАННЫЕ С ОШИБКАМИ,
ЗАПАЗДЫВАНИЕМ, БЕЗДЕЙСТВИЕМ ПЕРСОНАЛА В ШТАТНЫХ И НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЯХ, НЕСАНКЦИОНИРОВАННЫМИ ДЕЙСТВИЯМИ ПЕРСОНАЛА
Человеческий фактор играет решающую роль в обеспечении безаварийной, безопасной эксплуатации производственного оборудования. Несоблюдение технологического регламента, правил пожарной безопасности, принятие ошибочных решений могут привести к аварийной ситуации.
Основные причины связаны с уровнем профессиональной подготовки и психологическим состоянием оператора в момент возникновения аварии. Основные ошибки возникают при пуске и остановке оборудования, а также при проведении ремонтных работ. В случае нарушения персоналом режимов ведения технологических процессов возможно повышение давления в трубопроводах, разрушение, выброс опасных веществ и пожары.
Прншты аварийности системы сбора нефти и газа
Отказ (неполадки оборудования) Ошибочными (несанкционированными)
~ 54,5% действиями персонала
~41%
Прекращение подачи энергоресурс об (электроэнергии, газа и т.п.)
Нарушение должностных инструкций и инструкций по выполнению технологических
Нарушение прочности арматуры и трубопроводов
X
Гидродинамические
Теплообменные
Массообменные
Самовольное возобновление работ, о станов ленных органами Ростехнадзора
Несоблюдение правил пожарной безопасности
Выдача должностными лицами указаний или распоряжений, принуждающих подчиненных нарушать правила безопасности и охраны труда
Эксплуатация оборудования и трубопроводов при параметрах, выходящих за пределы технических условий
Ошибочные действия при ремонтных работах на объекте
Внешнее механическое повреждение арматуры и трубопроводов Запаздывание при принятии решений по задействованию нужного уровня системы
1
Бездействие и мшбка в действиям в няигагаой сягуацяи
Причины, связанные с типовыми
Проведение постоянных или временных огневых работ без специального разрешения
ВнеШН1ШИ воздействиями природного и техногенного характера --4,5%
Грозовые разряды и разряды от статического электричества
Смерч, ураган, лесные пожары и т п.
Снежные заносы и понижение температуры воздуха
Подвижка, посадка, пучение грунта
Опасности, связанные с опасными промышленными производствами, расположенными в районе объекта
Опасности, связанные с перевозкой опасных грузов з районе расположения объекта
Аварии воздушных судов
Специально спланированная диверсия
Рис. 1. Систематизированные причины аварий в системах сбора нефти и газа
Одним из наиболее важных факторов безопасного обслуживания и эксплуатации является установление порядка допуска к работе лиц, удовлетворяющих соответствующим квалификационным требованиям и не имеющих медицинских противопоказаний, а также контроля соблюдения этого порядка, в том числе при поведении подготовки и аттестации работников в области промышленной безопасности.
При развитии аварийных ситуаций важнейшими задающими факторами влияющими на ход события (сценария), являются:
- факторы, связанные с адекватностью реагирования диспетчера объекта на аварию;
- факторы, связанные с местом расположения, срабатыванием/несрабатыванием и временем срабатывания (перекрытия) отсечной запорной арматуры,
- факторы, связанные с местом расположения, срабатыванием/несрабатыванием и временем срабатывания штатных средств пожаротушения, аварийной вентиляции, других пассивных и активных средств защиты.
ПРИЧИНЫ, СВЯЗАННЫЕ С ВНЕШНИМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА
Разряды от статического электричества, грозовые разряды, смерчи, ураганы, снежные заносы, низкие температуры воздуха, наводнения, затопления могут стать причиной разгерметизации оборудования и трубопроводов и привести к аварийной ситуации.
Аварии и чрезвычайные ситуации могут возникнуть в результате диверсий, террористических актов, саботажа, а также в ходе военных действий. Факторы внешнего воздействия могут привести к крупным авариям с пожарами и взрывами и часто не зависят от предупредительных мероприятий. Они не поддаются прогнозированию и имеют более тяжкие последствия.
Основным направлением по снижению аварийности и травматизма является система управления профессиональными рисками.
Основные её концептуальные положения можно сформулировать следующим образом [8]:
1. Построение целостной и непротиворе-
Рис. 2. Концептуальная модель управления профессиональными рисками
Машиностроение и машиноведение
чивой, комплексной схемы с учетом условий его функционирования в высоко динамичных условиях;
2. Оптимизация функционирования службы охраны труда и промышленной безопасности предприятия и повышение эффективности системы управления в организационном аспекте;
3. Перманентность в повышении квалификации по охране труда и промышленной безопасности и квалификационной адаптируемости персонала.
Концептуальная модель управления приведена на рис. 2.
Эта модель нашла применение на одном из крупнейших нефтедобывающих предприятий Самарской области.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Годовой отчет о деятельности Ростехнадзора в 2012
году. Москва, 2013. 398 с.
2. Годовой отчет о деятельности Ростехнадзора в 2013 году. Москва, 2014. 406 с.
3. Годовой отчет о деятельности Ростехнадзора в 2014 году. Москва, 2015. 410 с.
4. Журналы «Безопасность труда в промышленности». 2010-2016 г. http://www.btpnadzor.ru/ (дата обращения 06.11.2015).
5. Материалы официального сайта Ростехнадзора. http://www.gosnadzor.ru/ (дата обращения 06.11.2015).
6. Материалы официального сайта МЧС России. http:// www.mchs.gov.ru/ (дата обращения 06.11.2015).
7. Материалы официального сайта Росстата. http:// www.gks.ru/ (дата обращения 06.11.2015).
8. Мельникова Д.А., Яговкина Н.Г., Алекина Е.В. Формирование системы управления профессиональным риском // В сб.: Наука и образование транспорту. Материалы VI Международной научно-практической конференции, посвященной 40-летию СамГУПС. Самара. 5-7 ноября 2013 г. С.273-275.
9. VasilyevA.V. Method and approaches to the estimation of ecological risks of urban territories // Safety of Technogenic Environment. 2014. № 6. С. 43-46.
OIL AND GAS COLLECTING SYSTEMS CAUSAL CONNECTIONS IN CASE OF EMERGENCY
© 2016 E.V. Alekina, I.I. Buzuev
Samara State Technical University
The analysis of gathering and transportation oil and gas systems accidents in done. In the re- analysis of the oil gathering and transportation systems accidents results causal relationships are established. The possibility of using a professional risk management conceptual model is delivered in order to reduce accidents in the oil gathering and transportation systems. Keywords: accident, cause, effect, professional risk, conceptual model.
Elena Alekina, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor at the Safety of Labor Department. E-mail alekina-samgtu@mail.ru
Igor Buzuev, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the Safety of Labor Department. E-mail bjd@list.ru
