CC BY
270
Кравцов А.В.
ОАО «Системы и технологии обеспечения безопасности. Техдиагностика»
E-mail: kravtsov@tdiag.ru
ПРОБЛЕМА ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТИ И РИСКА ОТКАЗА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И РЕМОНТА ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ ДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕГО ГАЗА (НЕФТИ)
Показана актуальность анализа эффективности мероприятий по диагностированию и ремонту технологического оборудования в снижении вероятности и риска отказа (аварии) для фонтанной арматуры газодобывающих предприятий в условиях возрастающей наработки и повышения нормативных требований по обеспечению допустимых вероятности и риска отказа (аварии).
Ключевые слова: газодобывающие предприятия, фонтанная арматура добывающих скважин, диагностирование, ремонт, вероятность и риск отказа (аварии).
Техническое состояние технологического оборудования опасных производственных объектов (ОПО) газодобывающих предприятий (ГДП) оказывает определяющее влияние на обеспечение их надежной и безаварийной эксплуатации. В ОАО «Газпром» ежегодно проводится значительный объем работ по диагностическому обслуживанию объектов добычи газа с целью контроля, оценки фактического технического состояния, ремонтов и продления сроков эксплуатации большого количества оборудования, исчерпавшего первоначально назначенный (проектный) срок эксплуатации. Современными требованиями законодательства [1, 2], нормативно-технических документов (НТД) [3, 4], СТО ОАО «Газпром» [5] определены условия, критерии обеспечения допустимых вероятности (V) и риска отказов (аварий) (И.) для ОПО ГДП и методические подходы к их оценке. Актуальность анализа эффективности диагностического обслуживания и ремонта в снижении V и И для ОПО ГДП определяется потребностью обоснования ожидаемой величины снижения частоты (вероятности) аварии для рассматриваемых ОПО [5] с учетом выполнения мероприятий по диагностированию и ремонту большого числа оборудования. Проведение такого анализа может позволить оценить соответствие фактического риска аварии для ОПО ГДП ОАО «Газпром» законодательным и нормативным требованиям, а также выполнить оптимизацию планирования сроков проведения диагностирования, ремонта и/или замены оборудования с учетом его фактического состояния и потенциальной опасности.
К наиболее многочисленным и опасным видам технологического оборудования ООО ГДП следует отнести фонтанную арматуру (ФА) добывающих скважин (ДС). Например в ООО
«Газпром добыча Оренбург» в настоящее время эксплуатируется 917 скважин и в их составе более 17000 единиц элементов ФА ДС.
К настоящему времени значительная часть (около 50%) ФА ДС выработала два и более первоначально назначенных (проектных) срока эксплуатации.
В соответствии с требованиями НТД [6 - 8 и др.] дальнейшая эксплуатация ФА ДС, исчерпавшей проектный срок эксплуатации, производится путем периодического проведения работ по диагностированию, оценке состояния, прогнозированию ресурса работоспособности, определению сроков и условия поэтапного продления эксплуатации.
В соответствии с требованиями [1] разработка декларации промышленной безопасности ОПО предполагает всестороннюю оценку риска аварии. При осуществлении декларирования промышленной безопасности разработаны методы и расчетные способы количественной оценки V и И [3 - 5, 9 - 12 и др.].
По результатам исследований известных ученых и специалистов установлено, что причины отказов и аварий ФА ДС могут быть с определенным уровнем достоверности заблаговременно выявлены при диагностировании, а затем устранены при ремонте, что приводит к значительному снижению V и И.
Вместе с этим методики и подходы, определяющие методы и расчетные способы количественной оценки изменения значений V и И после проведения диагностирований и ремонтов ФА ДС в нормативных документах на выполнение этих работ отсутствуют.
Таким образом возникает противоречие между требованиями [1, 2, 4, 13], определяющими условия эксплуатации оборудования ОПО с учетом риска причинения вреда жизни, здоро-
вью или имуществу других лиц и окружающей природной среде.
А по нормативным документам [7, 8],опре-деляющим требования, методы и подходы диагностирования, ремонта и эксплуатации оборудования (в том числе ФА ДС) ОПО определить значения V и И после выполнения этих работ не представляется возможным. Т. е. отсутствуют критерии оценки эффективности диагностических и ремонтных мероприятий в части изменения V и И.
Для устранения этого противоречия считаю целесообразным и актуальным разработать подходы и методы такой оценки, основываясь на накопленных данных результатов собственных многолетних диагностирований, статистических данных об отказах и ремонтах (выбраковках) узлов и элементов ФА ДС в процессе длительной эксплуатации, а также разработок известных ученых и специалистов в области оценки безотказности, вероятности и риска отказа (аварии) оборудования ОПО.
В качестве показателя оценки эффективности диагностирования и ремонта ФА ДС в снижении риска аварии для ОПО ГДП предлагается использовать коэффициент (Су) снижения вероятности отказа ФА за счет проведения мероприятий по диагностированию и ремонту, определяемого выражением:
Уо
Уо -ду
1
ДУі
(1)
где: V0 - исходная вероятность отказа; DV1 -величина снижения и текущее значение вероятности отказа после проведения периодического диагностирования и ремонта (замены).
Таким образом, с учетом (1), оценка эффективности диагностирования и ремонта ФА ДС в снижении риска аварии для ОПО ГДП может быть сведена к вычислению коэффициента Су по величине снижения вероятности отказа оборудования - DV за счет проведения мероприятий по диагностированию и ремонту.
В соответствии с методикой [5] оценку ожидаемой частоты, т. е. вероятности, возникновения аварии (1) можно представить выражением:
к
Я = ЯСИ 1г , (2)
г=1
где: 1ст - среднестатистическая фактическая частота аварий, связанных с отказами определенного типа оборудования, за предшествующий период эксплуатации; £ - коэффициенты, учитывающие влияние разнородных факторов на возникновение отказов и связанных с ними аварий оборудования. Распределение значений £ по [5] представлены в табл. 1.
С учетом данных табл. 1 суммарная предельная величина снижения доли риска, а в нашем случае вероятности, аварии от проведения мероприятий по диагностическому обслуживанию и ремонту может достигать до 0,92.
Основываясь на методике [5], результатах исследований [14, 15 и др.], трудах ученых и специалистов в области оценки эффективности диагностирования [16 и др.] с учетом (2) и данных табл. 1 величина вероятности аварий, произошедших по причинам, которые могут быть выявлены при диагностировании и устранены при ремонте, и, следовательно, величина снижения вероятности отказа оборудования - DV за счет проведения мероприятий по диагностированию и ремонту для последующей оценки их эффективности в снижении риска по (1) может быть вычислена по зависимости:
і=1
(3)
где: VВ - вероятность (достоверность) выявления дефектов и повреждений оборудования при диагностировании. Как показано в [14 и др.] значения VВ зависят от исходной достоверности «единичного» контроля технического состояния при однократном диагностировании и увели-
Таблица 1. Распределение значений факторов отказов и связанных с ними аварий оборудования ОПО ГДП
№ Факторы отказов и аварий оборудования 5 3
1 Нарушение условий и режимов эксплуатации 0,295 0,924
2 Строительные дефекты 0,162
3 Дефекты оборудования заводской поставки 0,124
4 Дефекты труб 0,114
5 Внутренняя коррозия и эрозия 0,095
6 Наружная коррозия 0,086
7 Повреждения при эксплуатации 0,048
8 Стихийные бедствия 0,038 0,076
9 Прочие причины 0,038
чиваются по мере увеличения количества (^) выполненных диагностирований оборудования. На графике рисунка 1 показано изменение УВ от ^ при значениях исходной достоверности однократного диагностирования в диапазоне от 0,5 до 0,9 (см. УВ при ^ = 1).
Как показано наглядно на графике, даже при достаточно низком значении достоверности однократного диагностирования УВ = 0,5 (выявление не более 50% дефектов), при четырехкратном и более диагностировании суммарная достоверность может быть достигнута до 0,9 и выше.
Таким образом, с учетом подстановки (3) в (2) выражение для вычисления коэффициента снижения вероятности отказа оборудования за счет проведения диагностирования принимает вид:
= lg
1
4,„ -(і - )£ і,
i=1
(4)
С использованием (4) были выполнены расчеты и оценка эффективности диагностирования и ремонта в снижении риска аварий для ОПО ГДП для ФА ДС, при различном сочетании количества ND и исходной (V0) достоверности однократного диагностирования и с использованием среднестатистических значений фактических частот отказов и аварий l по [5]. Расчеты были выполнены с использованием вычислительного модуля, реализованного в программе Microsoft Excel. Исходные данные и результаты расчетов представлены в табл. 2.
Результаты выполненной расчетной оценки эффективности диагностического обслуживания в снижении риска аварий (табл. 2) показывают, что в зависимости от среднестатисти-VR
'1 2 3 4 5 6 |\10
Рисунок 1. Зависимости достоверности диагностирования УВ от достоверности однократного диагностирования (УВ при N^1) и количества диагностирований N
ческой частоты аварий 1ст, количества диагностирований N и исходной достоверности однократного диагностирования оборудования У0 значения коэффициента снижения вероятности отказа оборудования СУ и, следовательно, снижение риска аварии для ОПО ГДП составляют - от СУ =3,3 при ^ = 1, У0=0,5, до Су =7,0 при N = 4, У0=0,9. При равных значениях среднестатистической частоты аварий наибольшее снижение риска аварии для ОПО ГДП достигается большим количеством и большей достоверностью диагностирований оборудования.
Таким образом, результаты выполненного анализа показывают, что проведение мероприятий по диагностированию и ремонту оборудования позволяет снизить риск аварий для ОПО ГДП по величине коэффициента снижения вероятности отказа оборудования от 3 до 7 и более раз. Рост значений коэффициента снижения вероятности отказа оборудования достигается увеличением достоверности диагностирования оборудования.
Ниже представлена концепция оценки снижения У и И ФА ДС по результатам диагностирования и ремонта - для большого количества элементов ФА ДС (около 8 тыс. ед.), находящихся в эксплуатации и прошедших многократные диагностирования, представляется возможным выполнить статистическую обработку представительного массива накопленных данных диагностических параметров элементов ФА ДС, экспериментальную вероятностную оценку потенциальной опасности разрушений поступающих в ремонт элементов ФА ДС с выявленными недопустимыми дефектами, и, тем самым, установить зависимость снижения У и И элементов ФА ДС при дальнейшей эксплуатации в зависимости от периодичности и объемов выполненных диагностирований и ремонтов.
28.01.2011
Таблица 2. Результаты оценки эффективности диагностического обслуживания в снижении риска аварий
nd Vo Расчетные значения CV для ФА ДС
Скважины ( ст=1,2 10-3)
1 0,5 3,3
0,7 3,5
0,9 4,0
2 0,5 3,6
0,7 4,0
0,9 5,0
3 0,5 3,9
0,7 4,5
0,9 6,0
4 0,5 4,2
0,7 5,0
0,9 7,0
Список литературы:
1. Федеральный Закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 г. №116 - ФЗ.
2. Федеральный Закон «О техническом регулировании» от 27.12.2002 г. №184-ФЗ.
3. ГОСТ Р 51901.1-2002. Менеджмент риска. Анализ риска технологических систем.
4. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов.
5. СТО Газпром 2-2.3-400-2009. «Методика анализа риска для опасных производственных объектов газодобывающих предприятий ОАО «Газпром» (вводится в действие с 22 июня 2010 г.).
6. Постановление правительства Российской Федерации «О мерах по обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов на территории Российской Федерации» от 28.03.2001 г. №241.
7. Приказ Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 30 июня 2009 г. N 195 г. Москва «Об утверждении Порядка продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах».
8. РД 03-421-01. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов.
9. Использование вероятностных оценок при анализе безопасности опасных производственных объектов / Гражданкин А.И., Лисанов М.В., Печеркин А.С. // Безопасность труда в промышленности. - 2001. - №5. - С. 33-36.
10. Сафонов В.С., Одишария Г.Э., Швыряев А.А. Теория и практика анализа риска в газовой промышленности. - М.: НУМЦ Минприроды России, 1996.
11. Количественная оценка риска аварий в декларациях промышленной безопасности опасных производственных объектов топливно-энергетического / Гражданкин А.И., Лисанов М.В., Печеркин А.С. // Безопасность труда в промышленности.-2004. - №1. - С. 46-48.
12. Основные принципы оценивания и нормирования приемлемого техногенного риска / Можаев И.Л., Гражданкин А.И., Пчельников А.В., Белов П.Г. // Безопасность труда в промышленности. - 2004. - №8. - С. 45-50.
13. ПБ 03-246-98. Правила проведения экспертизы промышленной безопасности.
критериям вероятности и риска отказа. - М.: Недра, 2007 - 384 с.
14. Митрофанов А.В. Методы управления состоянием технологического оборудования по
15. Барышов С.Н. Оценка поврежденности, несущей способности и продление ресурса технологического оборудования. Модели, критерии, методы. - М: Недра, - 2007. - 287 с.
16. Сперанский Б.В., Гендель Г.Л., Клейменов А.В. Техническое диагностирование в системе управления техногенными рисками // Диагностика оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред. Матер. междунар. научн.-техн. конф. - Оренбург: Оренбургская губерния, 2002. - С. 150-153.
Сведения об авторе:
Кравцов Александр Викторович, главный специалист ОАО «Техдиагностика» 460047, г. Оренбург, ул. Юных Ленинцев, 22, тел. (3532) 629389, e-mail: kravtsov@tdiag.ru
UDC 681.5:620.19
Kravtcov A.V.
Е-mail: kravtsov@tdiag.ru
PROBLEM OF THE APPRAISAL OF PROBABILITY AND RISK OF REFUSAL BY RESULTS OF DIAGNOSING AND REPAIR OF THE PRODUCTION TREE OF H2S GAS (OIL) EXPLOITATION WELLS
The urgency of the analysis of efficiency of diagnosing and repair of technological equipment to reduce the probability and risk of failure (accident) for a production tree of the gas enterprises in the conditions of an increasing operating time and increasing of standard requirements to ensure acceptable probability and risk of failure (accident) is displayed.
Key words: The gas enterprises; a production tree of exploitation wells; diagnosing, repair; probability and risk of failure (accident).
