CC BY
96м.г. Сухарев, д.т.н., профессор; А.П лапига, к.т.н.; Э.в. калинина к.т.н РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина
статистический анализ аварийности газораспределительных систем
Распределительные системы газоснабжения (РСГ) относятся к числу опасных технологических объектов. Принятие обоснованных решений по повышению безопасности и надежности РСГ должно опираться на анализ текущего состояния аварийности распределительных газопроводов, систематизацию и математическую обработку информации по авариям и инцидентам. Этой области уделялось недостаточное внимание по многим причинам (в частности, из-за имевшей место ведомственной разобщенности газораспределительных организаций (ГРО)). Консолидация активов ГРО в руках ОАО «Газпром» существенно меняет ситуацию: появляется собственник, отвечающий за общее направление работ и их эффективность.
Проблема безопасности и надежности распределительных систем газоснабжения (РСГ) становится более острой в связи с реализацией масштабной программы газификации городов и населенных пунктов, повышением доли населения в потреблении природного газа, а также выходом из строя оборудования, исчерпавшего технический ресурс. Аварии на объектах РСГ зачастую приводят к травматизму и жертвам среди персонала и населения,разрушению зданий и сооружений, ущербам у эксплуатирующих организаций и потребителей.
Разработка систематизированного подхода к проблеме аварийности и безопасности РСГ, учитывающего специфику условий эксплуатации и характер аварий на объектах распределительных систем,проводилась с использованием математических и структурных методов анализа данных. Характеристики аварийности оценивались с помощью рекоменда-
ций математической статистики по материалу, собранному за несколько лет наблюдений.
ПРОВОДИМЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИМЕЛИ СЛЕДУЮЩИЕ ЦЕЛИ:
• определение основных причин аварийности - совокупности факторов риска - и их влияния на аварийность, оценка показателей аварийности и их динамики для контроля аварийности, своевременного принятия экономически обоснованных технических решений, в том числе по ремонту и реконструкции сетей, а также по обеспечению бесперебойных поставок газа потребителям или переводу потребителей на резервные виды топлива;
• формирование информационной базы для оценки показателей технической и промышленной безопасности и для выявления факторов риска, приводящих к возникновению опасных для жизни и здоровья людей ситуаций.
Отметим, что подобные исследования проводились для опасных производственных объектов многих отраслей промышленности, в том числе газовой, по системе магистрального транспорта [1]. Однако использованные там методики и полученные результаты нельзя переносить на РСГ, поскольку условия эксплуатации, факторы риска и характер аварий на объектах систем распределения и магистрального транспорта газа существенно различаются. Так, определяющее влияние на аварийность магистральных газопроводов оказывают: дефекты труб, стресс-коррозия (вызывающая в последнее время до двух третей аварий), образование усталостных трещин, антропогенные воздействия и др. Последующий выброс большой массы газа под высоким давлением может сопровождаться взрывом, пожаром, захватывающим значительную территорию и представляющим серьезную опасность для жизни людей, окружающей среды, имущества.
Антропогенные воздействия: I 1. Наезды автотранспорта (/,) 1 2. Земляные или строительные работы (/г) 1 3. Воздействие посторонних лиц (/з) 1 ^
Природные воздействия: 1 1. Падение деревьев» ЛЭП под влиянием ветра, обильные снегопады и т.д. (/4) 1 2. Движение или проседание грунтов, паводки и т.д. (/5)
Коррозионные воздействия: 1. Подземная коррозия (/б) 1 2. Атмосферная коррозия ф) 1
Дефекты: 1-труб(/8) 2. соединительных деталей (/э)
Качество СМР: 1. Дефекты сварки (/го) 2. Нарушение технологии засыпки, крепления опор (/п) 3. Повреждение или отсутствие изоляции или краски, дефекты или отсутствие электрохимической защиты (ЭХЗ) (/12) т ~
Отказы оборудования: 1. На трубопроводной части (/13) 2. На газо-редуцирующих пунктах(/и)
Нарушение условий и режимов эксплуатации: 1. Низкое качество обслуживания ТП (/15) ^ 2. Низкое качество обслуживания РП, (/к) 3. Внешние воздействия - колебание давления, качество очистки газа, ошибки операторов ГРС и т. д. (/17) ^ и
рис. двухуровневая иерархическая структура для систематизации данных по факторам риска
Избыточное давление в распределительных газопроводах существенно меньше, чем в магистральных, и для них характерны иные факторы риска и источники опасности. Параметр потока отказов на РСГ выше, а превалирующими факторами риска являются антропогенные воздействия, инициирующие более 50% всех аварий и инцидентов. И это вполне естественно, т.к. около 70% протяженности газопроводов приходится на населенные пункты и города. С другой стороны, газораспределительные системы представляют собой высокую опасность для населения из-за того, что находятся в непосредственной близости к жилым и производственным зданиям.
Анализ аварийности газовых хозяйств проводился на основе информации об авариях и инцидентах, произошедших за несколько лет в 60 газовых хозяйствах городского, районного, областного и регионального уровней. Статистической обработке
подвергались данные примерно по 3000 авариям и инцидентам на наружных газопроводах. Некоторые результаты проведенных на первом этапе исследований изложены в обзоре [2]. Систематизация данных по причинам отказов и статистический анализ проводились как для наружного газопровода в целом,так и отдельно для его частей: собственно трубопроводов (ТП) и газорегулятор-ных пунктов различных типов (РП). Трубопроводы подразделялись на: стальные надземные, стальные подземные и полиэтиленовые. Для систематизации поступившей информации была сформирована двухуровневая иерархическая структура, позволяющая анализировать и производить оценки наружного газопровода (ГП)в целом и отдельно его частей - ТП и РП. Первый уровень структуры состоит из семи групп факторов Каждая группа содержит по 2-3 фактора риска {/}, составляющих второй уровень (см. рисунок).
предварительный анализ выявил устойчивые характерные особенности обрабатываемых массивов данных:
• неоднородность полученной информации: существенно различались как количество инцидентов в различных ГРО, так и факторы риска, вызывающие эти инциденты;
• наличие связи (коррелирован-ность) между некоторыми факторами риска.
Так, первопричиной коррозионного поражения часто служило низкое качество проведения строительно-монтажных работ (факторы /и, /12). Качество обслуживания ТП и РП, а также внешние воздействия на ГП существенно влияли на отказы оборудования. Наличие связи между факторами риска необходимо учитывать, чтобы правильно определить причины возникновения инцидентов и наметить соответствующие мероприятия, а также, чтобы избежать дублирования информации при по-
Таблица. Направления использования показателей аварийности и риска при проектировании и эксплуатации РСГ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
1. Использование интегрированных показателей аварийности и риска для сопоставления (ранжирования) • деятельности предприятий (ГРО); • деятельности подразделений одного предприятия; • технического состояния предприятия в целом и технологических объектов (фрагментов структуры) одного предприятия. 1. Сопоставление вариантов проекта по интегрированному показателю риска (по фактору, который не отражает стоимость сооружения объекта).
2. Планирование предупредительных ремонтов (ежегодное и среднесрочное), распределение средств на ремонты между предприятиями холдинга и подразделениями (или объектами) одного предприятия. 2. Корректировка вариантов проекта в сторону уменьшения показателей риска (ведущая, как правило, к удорожанию строительства).
3. То же самое при реконструкции газораспределительной системы. 3. Обоснование (с целью уменьшения риска) нестандартных проектных решений.
4. То же самое при планировании затрат на поддержание безопасности. 4. Выбор структуры РСГ и направления трасс с учетом критериев риска.
5. Использование показателей аварийности и риска как меры для обоснования эксплуатационных затрат. 5. Построение комплексных критериев выбора проектных решений, учитывающих показатели стоимости и безопасности.
6. Обоснование страховых сумм при технологическом и экологическом страховании. 6. Выбор средств и способов контроля за состоянием.
7. Обоснование программ по повышению безопасности. 7. Выбор средств и способов информационного взаимодействия между подразделениями ГРО, а также средств и способов оповещения населения о потенциальной опасности.
8. Выявление наиболее опасных мест системы и их учет при разработке программ технического и экологического мониторинга РСГ
следующих расчетах характеристик аварийности ГРО.
При статистическом анализе данных использовались в основном две группы показателей аварийности. Первую из них составляют условные вероятности воздействия факторов. Они характеризуют степень влияния на аварийность отдельных факторов и групп факторов риска и оцениваются отношением числа инцидентов, обусловленных фактором, к общему числу инцидентов, произошедших в ГРО.
Вторая группа показателей аварийности состоит из значений ю удельного параметра потока отказов (УППО). УППО определяется как среднее число инцидентов на единицу длины (обычно тысяча км) в единицу времени (обычно год). Значения о оценивались по всей совокупности данных для всего наружного газопровода, для его
трубопроводной части (в том числе подземной и надземной) и отдельно
- для полиэтиленовых газопроводов и газорегуляторных пунктов. Анализ и сравнение параметра проводились по отдельным факторам риска, по их групповому и суммарному воздействию на аварийность.
ПРОВЕДЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЗВОЛИЛИ ПРИЙТИ К СЛЕДУЮЩИМ ВЫВОДАМ.
Объекты РСГ и магистрального транспорта газа существенно различаются по причинам аварийности и по интенсивностям отказов. Удельный параметр потока отказов на РСГ более чем на порядок выше - среднее значение со по трубопроводам РСГ равно 5,5 отказов на тыс. км в год. Среднее значение ю по наружным трубопроводам РСГ равно 5,5 отказа на тыс. км в год, по подземным
- 5,04.
ОСНОВНЫМИ ПРИЧИНАМИ АВАРИЙ И ИНЦИДЕНТОВ ЯВЛЯЮТСЯ:
• на надземных газопроводах - антропогенные воздействия (80%);
• на подземных стальных трубопроводах - наружная коррозия (48%) и антропогенные воздействия (43%);
• на газорегуляторных пунктах - антропогенные воздействия, природные воздействия, качество технического обслуживания, нарушение правил эксплуатации.
Проведен анализ влияния срока эксплуатации металлических газопроводов на интенсивность развития коррозии - одного из наиболее опасных факторов риска, вносящего существенный вклад в аварийность объектов распределительной сети и оказывающего значительное не-
гативное воздействие на уровень промышленной безопасности. Установление связи между сроком эксплуатации газопроводов и значением удельного параметра потока отказов с учетом условий эксплуатации позволяет определить экономически обоснованный срок замены участков газопровода (когда число отказов растет быстро и текущее обслуживание не может обеспечить должный уровень безопасности) и тем самым снизить уровень аварийности и риска ГРО.
Было выявлено, что при сроке эксплуатации Т, меньшем 15 лет, коррозионные воздействия проявляются достаточно редко, интенсивность отказов подземных металлических газопроводов из-за коррозии мала. С увеличением срока Т роль условий эксплуатации существенно увеличивается: у некоторых ГРО все еще продолжается этот период - можно отнести к нормальной эксплуатации, -но у других - с очень неблагоприятными условиями эксплуатации -начинается период старения ТП. Получена приближенная зависимость показателя аварийности из-за коррозии от среднего срока службы Т, описываемая функцией экспоненциального типа, параметры которой зависят от степени жесткости условий эксплуатации. Практически при любых условиях предельный срок нормальной эксплуатации составляет около 30 лет. Исключением могут являться очень благоприятные условия эксплуатации, т.е. отсутствие коррозионно активных грунтов, высокий уровень электрохимической защиты ТП, качественное обслуживание. Аварийность полиэтиленовых газопроводов в среднем в 7 раз ниже, чем стальных: около 3 инцидентов на 4000 км. Основной причиной является неподверженность полиэтилена коррозии, а также (из-за подземного заложения) малое влияние антро-
погенных воздействий - наездов автотранспорта и воздействия посторонних лиц.
Проведен ретроспективный сопоставительный анализ аварийности газовых хозяйств по суммарному воздействию факторов риска. Выяснилось, что ГРО целесообразно разбить по уровню аварийности на 4 класса: от 1-го с низким уровнем аварийности до 4-го с высоким. В первый класс вошли ГРО регионального и областного уровня со значительной протяженностью сетей, в четвертый - в основном городские газовые хозяйства. Состав классов разбиения оказался устойчивым во времени. Значения УППО зависят от протяженности сетей, находящихся в зоне ответственности ГРО.Одной из причин низкого значения ю в ГРО с большой протяженностью газопроводов может служить меньшая степень достоверности официальной информации, предоставляемой крупными организациями.
Необходимо отметить, что, хотя группа факторов «нарушение режимов эксплуатации» формально вносит небольшой вклад в аварийность, важность её воздействия нельзя недооценивать: непрофессиональное обслуживание газопроводов и ошибки персонала привели к пожарам, в результате которых пострадало несколько человек и был нанесён существенный материальный ущерб. Наиболее опасные ситуации для населения - взрывы газа и пожары -чаще всего возникают вследствие сквозной коррозии подземных газопроводов, отказов оборудования газорегуляторных пунктов и непрофессиональных действий персонала ГРО. Поэтому основное внимание при обеспечении безопасности должно быть уделено поддержанию работоспособного состояния трубопроводов и редуцирующих пунктов, качеству обслуживания, своевременному ремонту или замене участ-
ков трубопровода или оборудования, а также повышению квалификации работников ГРО.
Заключение. Анализ ретроспективной информации по авариям и инцидентам на газораспределительных сетях имеет многоцелевое назначение, прежде всего, для оценки показателей риска и надежности снабжения потребителей, отслеживания тенденций изменения этих показателей. Это требуется для обоснования решений при проектировании объектов системы газораспределения и при планировании мероприятий по повышению их надежности и безопасности в процессе эксплуатации (см.таблицу). Надежность и безопасность РСГ определяются решениями, принятыми на этапе проектирования, качеством их реализации на этапе строительства, организацией обслуживания и ремонтов на этапе эксплуатации.
Основными критериями выбора служат экономические, однако критерии надежности и безопасности необходимо также принимать во внимание. Высокий уровень надежности и безопасности требует повышения затрат, но тем не менее должен обеспечиваться проектом. Найти компромисс между этими требованиями позволяет наличие достоверной информации по аварийности и ущербам на объектах РСГ и проведение всестороннего статистического анализа полученной совокупности данных. Несмотря на разнородность информации (а в ряде случаев её невысокую достоверность)статистический анализ и обработка данных позволяют получить комплексную оценку промышленной безопасности предприятия и надежности снабжения потребителей, выявить узкие места и проводить мониторинг состояния газового хозяйства в целом и в отдельных ГРО, сопоставляя их по уровню надежности и промышленной безопасности.
Литература:
1. Безопасность России. Безопасность трубопроводного транспорта - М.: МГФ Знание, 2002. - 752 с.
2. А.М. Карасевич, М.Г. Сухарев, Э.В. Калинина, А.Г. Лапига, Ю.В. Дроздов, А.Л. Смиренный. Анализ надежности и безопасности распределительных систем газоснабжения по статистическим данным/ Обз. инф. - М.: ООО «Газпром экапо», 2009. -112 с. - (Транспорт и подземное хранение газа).
