В В Ершов доцент кафедры БЖД Ул ГУ

В. В. Ершов, доцент кафедры БЖД Ул. ГУ, к. в. н. , доцент. • Лекция 4. 4. Количественная оценка риска аварии на опасных производственных объектах • Учебные вопросы: • 1. Энерго-энтропийная концепция природы аварийности и травматизма; • 2. Основные причины и факторы аварийности и травматизма; • 3. Основные закономерности возникновения аварий; • 4. Измерение риска аварии; • 5. Нормативно-методическое обеспечение анализа риска

1. Энерго-энтропийная концепция природы аварийности и травматизма: • Производственная деятельность связана с энергопотреблением (выработка, хранение, преобразование различных видов энергии); • Уменьшение энергетических потенциалов сопровождается совершением работы • Диссипация - одно из основных свойств энергии: энтропия (мера хаоса) закрытой системы самопроизвольно увеличивается (Второе начало термодинамики); • Неуправляемое высвобождение накопленной энергии приводит к аварии ( «с точки зрения энергии» это направление более простое, чем совершение полезной «для человека» работы)

Примеры крупных промышленных аварий 7 июня 2001 г. , США, Норко Крупнейший в мире пожар на резервуаре Емкость- 51675 m 3 (325 000 баррелей)

Примеры крупных промышленных аварий Вид огненного шара от автоцистерны с 120 м 3 СНГ, Крескент Сити (шт. Иллинойс, США), 21 июня 1970. Масштаб катастрофы можно оценить по ориентирам: водонапорной башне (слева) и поезду (справа). Источник: Взрывные явления. Оценка и последствия. Бейкер У. и др. М. : Мир, 1986

Примеры крупных промышленных аварий PUERTOLLANO, SPAIN, 14 -AUG-2003: PUERTOLLANO, SPAIN, 14 -AUG-2003: Picture shows smoke coming from a Repsol-YPF petrochemicals complex following an explosion in Puertollano, 230 kilometers (140 miles) south of Madrid August 14, 2003. Three people were killed and seven seriously injured August 14 when an accidental explosion ripped through a Spanish petrochemicals complex, the oil company said. [Photo by Stringer, copyright 2003 by AFP, Getty Images, and Clari. Net]

Россия, Уфа, 4 июня 1989 г. Авария на магистральном газопроводе. Погибло или тяжело пострадало 1224 человека. Площадь, покрытая облаком – 2. 5 кв. км.

Северное море, 06. 07. 88. Авария на платформе «Piper Alpha» Погибло 164 чел.

Англия, Лондон, 11 декабря 2005 г - самый большой со времён второй мировой войны промышленный пожар на нефтехранилище Bansfield. В общей сложности огнем были охвачены 20 резервуаров с топливом. Пострадало 43 человека.

2. Основные причины и факторы аварийности и травматизма • Ошибки человека • Отказы техники • Нерасчетные внешние воздействия Причины происшествий 100% зависящие от работающих 70% ошибки непосредственных 50% ошибки других 20% участников работ исполнителей не зависящие от работающих 30% недостатки технологии отказы техники нерасчетные внешние воздействия

3. Основные закономерности возникновения аварий • К аварии, как правило, приводит не одна причина, а цепь соответствующих предпосылок • Инициаторами и звеньями такой цепи служат ошибки людей, отказы техники и/или нерасчетные воздействия на них извне • Типичная причинная цепь: ошибка/отказ/вн. воздействие—> —> появление опасности (потока энергии) в неожиданном месте и/или не вовремя —> отсутствие/отказ средств защиты и/или неточные действия

3 г. Варианты выброса газа при разрушении магистрального газопровода а) в виде 2 -х независимых струй из концов разрушенного трубопровода; б) в виде интегрального шлейфа из образовавшегося «котлована» .

4. Измерение риска аварии

Основные определения (РД 03 -418 -01) Авария — разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемые взрыв и (или) выброс опасных веществ. Ущерб от аварии — потери (убытки) в производственной и непроизводственной сфере жизнедеятельности человека, вред окружающей природной среде, причиненные в результате аварии на опасном производственном объекте и исчисляемые в денежном эквиваленте. Опасность аварии — потенциальная угроза, возможность причинения ущерба человеку, имуществу и (или) окружающей среде вследствие аварии на опасном производственном объекте. Риск аварии — мера опасности, характеризующая возможность возникновения аварии на опасном производственном объекте и тяжесть ее последствий.

Обобщенная структура ущерба от аварий (РД 03 -496 -02)

Риск аварии (теория вероятностей) 1. АВАРИЯ на ОПО - случайное событие (Под «событием» в теории вероятностей понимается всякий факт, который может произойти или не произойти) 2. УЩЕРБ от аварии - случайная величина (СВ) Y (СВ называется величина, которая может принять то или иное значение, причем неизвестно заранее, какое именно) 3. РИСК аварии - мера опасности - вероятностная характеристика СВ ущерба от аварии Y Законы распределения Числовые характеристики для дискретной СВ СВПоложения: N (людские потери): матожидание, мода, ряд и функция распределения медиана для непрерывной Разброса: G (материальные потери): дисперсия, СКО функция и плотность

Методы анализа опасности и оценки риска Методы количественной оценки риска оценка вероятности аварии • Статистические данные по • аварийности и надежности • • «Дерево отказа» (Fault Tree) • «Дерево событий» (Event Tree) • • Имитационное моделирование оценка последствий аварии «Дерево событий» Моделирование развития аварийных процессов совместно с критериями поражения Модели поражения ( «доза-эффект» )

4 г. Анализ «дерева отказа» Fault Tree Analysis - FTA Минимальные пропускные сочетания: {12}, {13}, {1 7}, {1 8}, {1 9}, {1 10}, {1 11}, {2 7}, {2 8}, {2 9}, {2 10}, {2 11}, {3 7}, {3 8}, {3 9}, {3 10}, {3 11}, {4 7}, {4 8}, {4 9}, {4 10}, {4 11}, {5 6 7}, {5 6 8}, {5 6 9}, {5 6 10}, {5 6 11}. Минимальные отсечные Используются для выявления сочетания: {1 2 3 4 5 12 13}, “слабых мест”. {1 2 3 4 6 12 13}, {7 8 9 10 11 12 13}. Используются для определения наиболее эффективных мер предупреждени я аварии.

4 г. Анализ «дерева событий» Event Tree Analysis – FTA Установка АТ-6 (разрушение электродегидратора, 26. 6 т нефти, Т=55 85 С, P=0, 6 МПа)

4 г. Схема развития аварийных ситуаций с проявлением поражающих факторов

зоны риска смертельного поражения человека при аварии на 475 -ом км газопровода «Саратов-Горький» 3 -1*10 -3*10 -4 3 -1*10 -4 10 -3*10 -5 3 -1*10 -5 10 -3*10 -6 3 -1*10 -6 10 -3*10 -7 3 -1*10 -7 10 -3*10 -8 , 1/год

зоны риска смертельного поражения человека при аварии на площадке Певекской нефтебазы ОГУП “Чукотснаб” (1/год) 10 – 9 5· 10 – 7 10 – 6

зоны риска смертельного поражения человека при аварии на ОАО “ЛУКОЙЛ–Нижегороднефтеоргсинтез”

Кривая социального риска - интегральная функция распределения F(n) гибели персонала при авариях на АО «НОРСИ»

Кривая социального риска - интегральная функция распределения F(n) гибели персонала при авариях на ЛПДС «Ярославль» (БТС)

5. Нормативно-методическое обеспечение анализа риска Основные элементы Требования о проведении анализа риска (Федеральные законы ФЗ-116 от 21. 07. 97, ФЗ-69 от 31. 03. 99, норм. прав. акты, СНи. П, НТД, ГОСТ, отраслевые документы) Общие принципы и методология анализа риска (РД 03 -418 -01 и т. п. ) Комплекс методик (методов) Методы качественного анализа опасностей Информационное обеспечение Методы количественного анализа риска Проверочный лист Что, если…? Деревья отказов АВПКО, HAZOP… Справочные материалы (свойства веществ, технологии, описание аварий, публикации, декларации безопасности) Деревья событий ВОЗНИКНОВЕНИЕ АВАРИИ ТИПОВЫЕ СЦЕНАРИИ АВАРИЙ Базы данных Поражения Воспламене ния Испарения Рассеяния Модели: Оценка ущерба Истечения РАЗВИТИЕ АВАРИИ Методические документы (указания, рекомендации) Компьютерные программы

ВЫВОДЫ (количественная оценка риска) 1. Промышленная авария - случайное событие. Поэтому для оценки риска аварии наиболее пригодны вероятностно-возможностные показатели. 2. Основная исследуемая СВ при оценке риска - размер ущерба Y (вреда, потерь) от аварии. Ввиду редкости аварий использование СВ T – времени наступления аварии – нецелесообразно. 3. При количественной оценке риска аварии: а) задача максимум: определить закон распределения Y (ряд, функция распределения F/Y-кривая , функция плотности вероятности), б) задача минимум: оценить основные числовые характеристики СВ Y (матожидание, мода, ymax и дисперсия, СКО. . . ). 4. Использование более полного набора количественных показателей позволяет более обоснованно оценить риск

ПРИМЕР Количественной оценки риска аварий на магистральных нефтепроводах, на примере БТС-I и КТК-Р

Схема магистральных нефтепроводов (БТС-I и КТК-Р)

Основные методы оценки риска магистральных нефтепроводов оценка вероятности аварии оценка последствий аварии • Статистические данные • «Дерево событий» по аварийности и • Моделирование надежности развития аварийных • Метод балльной оценки процессов • «Дерево событий» совместно с критериями • «Дерево отказа» поражения • Имитационное моделирование • Модели поражения

Нормативно-методические документы (1) • РД 03 -418 -01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов (утв. Госгортехнадзором России 10. 07. 2001 № 30); • Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах (утв. ОАО «АК “Транснефть”» 30. 12. 99, согл. Госгортехнадзором России 07. 99 № 1003/418); • Методика определения ущерба окружающей природной среде при авариях на магистральных нефтепроводах (утв. Минтопэнерго РФ 01. 11. 95); • РД. Методика расчета выбросов от источников горения при разливе нефти и нефтепродуктов

Нормативно-методические документы (2) • РД 03 -409 -01. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (утв. Госгортехнадзором России 26. 01) [поражение ударными волнами при сгорании облаков]; • Manual of Industrial Hazard Assessment Techniques (Методика Всемирного банка) [модель рассеяния тяжелого газа]; • ГОСТ 12. 3. 047 -98 ССБТ. Пожарная безопасность техно-логических процессов. Общие требования. Методы контроля [пожар пролива, «огненный шар» ]; • Таксы для исчисления размера взысканий за ущерб, причиненный лесному фонду и не входящим в лесной фонд лесам нарушением лесного законодательства РФ

Схема составляющих декларируемых объектов (линейная часть и площадочные сооружения) НПС КТК-Р “Комсомольская” КО 756 КО 1496 КО 0 Ду 1000 мм КО 8, 9 НПС “Кропоткин”, КО 1238 КО 5, 5 Морской терминал ВПУ-3 БТС Магистральный нефтепровод "Ярославль-Кириши" Ду 700 мм НПС "Правдино" "Быково" КО 132 КО 258 НПС Ко 524 ПСП (ПО "Киришинефтеоргсинтез") "Песь" КО 371 НПС "Невская" Нефтебаза Ду1000 мм КО 137 КО 263 КО 0 КО 376 НПС "Кириши" КО 540 КО 636 линейная часть МН километровые отметки Ду1000 мм КО 796 Морской нефтеналивной терминал Магистральный нефтепровод "Ярославль-Кириши-Приморск" Ду 700 мм КО 263 Портовые сооружения Нефтепирс к н/п КО 91 ЛПДС "Ярославль" "Сургут-Полоцк" Магистральный нефтепровод ЗАО “КТК-Р” Ду 1000 мм Причал № 2 НПС “Астраханская” КО 580 ВПУ-2 КО 0 Ду 1400 мм Причал № 1 КО 452 КО 4, 6 ВПУ-1 “Береговые сооружения” “Резервуарный парк”

Оценка риска аварий на линейной части МН: Общая последовательность развития аварийных • ситуаций разгерметизация трубопровода истечение нефти отключение насосов перекрытие линейных задвижек распространение нефти загрязнение нефтью окружающей среды возможное воспламенение нефти и/или ее паров локализация и ликвидация разлития (пожара). Оцениваемые показатели интенсивность (частота) аварий (1/год, 1/год/1000 км) • возможные и ожидаемые массы утечек и потерь нефти при авариях (т и т/год) • возможные и ожидаемые ущербы от аварий, риск загрязнения окружающей среды (руб. и руб. /год) • коллективный риск смертельного поражения людей (чел. /год)

Сравнительный анализ групп факторов, влияющих на частоту аварии на линейной части МН

Распределение средних аварийных потерь нефти по трассе трубопровода КТК-Р: Мср=149, 9 т БТС: Мср=82, 3 т

Сравнительное распределение локальной частоты аварии и риска загрязнения ОС КТК-Р 0, 248 (1/год/1000 км) 282 (руб/год/км) 0, 229 БТС (1/год/1000 км) 442 (руб/год/км)

Доля участков Распределение участков трассы по показателю риска загрязнения ОС "НИЗКАЯ " "СРЕДНЯЯ" "ВЫСОКАЯ" 50% 45. 0% 40% КТК-Р 35% 30% 25% 20% 13. 8% 15% 13. 3% 10% 7. 1% 3. 8% 5% 1. 0% 2. 0% 3. 3% 2. 8% 1. 0% 0% менее 25 25 -50 50 -75 75 -100 100 -156 156 -312 312 -625 625 -1250 -2500 -5000 0. 0% 500010000 20000 Интервалы рисков загрязнения ОС, руб/год/км БТС 0. 0% 2000040000 более 40000

Обобщенные показатели риска аварий на линейной части МН

Оценка риска аварий на площадочных сооружениях: Общая последовательность развития аварийных ситуаций Частичное или полное разрушение резервуара, заполненного нефтью (в т. ч. при взрыве паров нефти в резервуаре) поступление в окружающую среду нефти разлив нефти в или за обваловку разрушенного резервуара испарение нефти с образованием взрывопожароопасной смеси с воздухом распространение взрывоопасной парогазовой смеси паров нефти с воздухом попадание парогазового облака или разлитой нефти в зону нахождения источника зажигания возгорание и/или взрыв паров и возможное последующее горение разлитой нефти пожар (в т. ч. пожар в резервуаре) попадание в зону возможных поражающих факторов (открытое пламя, выбросы горящей нефти, ударные волны, тепловое излучение и т. д. ) людей и/или оборудования последующее развитие аварии в случае, если затронутое оборудование содержит опасные вещества Оцениваемые показатели • интенсивность (частота) аварий (1/год) • средние ожидаемые потери нефти при авариях (т/год) • индивидуальный риск смертельного поражения человека (1/год) • коллективный риск смертельного поражения людей (чел. /год)

Размеры зон поражения при авариях на площадочных сооружениях

Типичные зоны риска смертельного поражения человека на НПС с резервуарным парком ЛПДС «Ярославль» 1· 10 -8 -1· 10 -7 1· 10 -7 -5· 10 -7 5· 10 -7 -1· 10 -6 -5· 10 -6 > 5· 10 -6 год-1

Кривая социального риска - интегральная функция распределения F(n) гибели персонала при авариях на ЛПДС «Ярославль» (БТС)

Обобщенные показатели риска аварий на площадочных сооружениях МН

Основные меры безопасности • Регулярное проведение диагностических работ внутритрубными инспекционными снарядами (ВИС). Своевременное устранение дефектов (например, незначительные отступления от регламента увеличивают интенсивность аварии на БТС с 0, 305 до 0, 392 1/год, а риск загрязнения ОС с 700663 до 775223 руб/год) • Совершенствование условий труда операторов, повышение дисциплинированности персонала (разработка и внедрение системы производственного контроля) • Повышение эффективности действий АВС (например, увеличение на 30% снижает ожидаемые утечки на КТК-Р с 176, 6 до 124, 6 т/год) • Повышенное внимание к наиболее опасным участкам (участки как с повышенной ожидаемой частотой аварий [водные переходы, пересечения с магистралями], так и с высокими возможными аварийными утечками [затяжные подъемы и спуски без карманов, труднодоступные участки для АВС]) • На этапе проектирования - оптимальное расположение магистральных задвижек и мест дислокации АВС. . .

Наиболее опасные участки. На примере нефтепроводной системы БТС (685 -710 км) Максимальные выбросы на этих километрах составляют около 6600 тонн. На этом сегменте идет подъем трассы от 42 м (686 км) до 108 м (703 км). Соответственно на 686 -688 км находятся минимумы трассы, что и создает благоприятные условия для возможных больших объемов утечек при аварии.

Штатное функционирование опасного производственного объекта(ОПО) выбросы производственный объект Технологическая операция 2 Технологическая операция 1 СЫРЬЕ НАЧАЛО технологического ЦИКЛА ОПАСНЫЙ Технологическая операция N ЗАПАС ЭНЕРГИИ КОНЕЦ технологического ЦИКЛА ПОЛЕЗНЫ Й ПРОДУКТ

Нештатное функционирование ОПО (авария) ОПО СЫРЬЕ НАЧАЛО технологического ЦИКЛА Технологическая операция Х ЗАПАС ЭНЕРГИИ

1. Оценка Риска аварии - определение ЗАКОНА распределения случайной величины ущерба Y от аварии

2. Оценка Риска аварии - определение ЧИСЛОВЫХ характеристик случайной величины ущерба Y от аварии

Нормативно-методические документы (1) • РД 03 -418 -01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов (утв. Госгортехнадзором России 10. 07. 2001 № 30); • РД 03 -496 -02. Методические рекомендации по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах (утв. Госгортехнадзором России 29. 10. 2002 № 63); • ПБ 03 -182 -98 (Приложение 1). Методика расчета концентраций аммиака в воздухе и распространения газового облака при авариях на складах жидкого аммиака (утв. Госгортехнадзором России 26. 12. 1997 № 55); • Методика оценки последствий химических аварий (Методика «Токси» . Редакция 2. 2)

Нормативно-методические документы (2) • РД 03 -409 -01. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (утв. Госгортехнадзором России 26. 01 № 25) [поражение ударными волнами]; • Manual of Industrial Hazard Assessment Techniques (Методика Всемирного банка) [модель рассеяния тяжелого газа]; • ГОСТ 12. 3. 047 -98 ССБТ. Пожарная безопасность техно-логических процессов. Общие требования. Методы контроля [пожар пролива, «огненный шар» ]; • ПБ 09 -170 -97 (Приложение 2). Методика расчета участвующей во взрыве массы вещества и радиусов зон разрушений (утв. Госгортехнадзором России 22. 12. 97 № 52)

Примеры крупных промышленных аварий Source: OECD, MHIDAS, TNO, SEI, UBA-Handbuch Stoerfaelle, SIGMA, Press Reports, UNEP, BARPI.

3 г. Горение и взрыв: сгорание облака-блина Концентрация продуктов сгорания: 80 -800 мс

Конец занятия