Анализ рисков эксплуатации объектов добычи и подготовки газа на месторождениях Крайнего Севера

Управление промышленной безопасностью опасных производственных объектов на основе анализа риска Управление промышленной безопасностью является составной частью общей системы менеджмента современного промышленного предприятия. Сегодня нельзя создать современную систему менеджмента успешно функционирующего предприятия без учета вопросов промышленной безопасности. Риск-менеджмент представляет собой многогранный итеративный процесс, базирующийся на анализе и оценке рисков и состоящий из четких упорядоченных шагов, которые улучшают процесс принятия решений, предоставляя обширную информацию по рискам и их последствиям. При наличии техногенных рисков инвестиционный проект выходит за рамки обычной финансовой деятельности. В этом случае стандартные методики оценки рисков должны корректироваться в соответствии со спецификой отрасли. Современная теория управления рисками охватывает практически все основные виды рисков: промышленные, экологические, финансовые, инвестиционные и др. Соответственно видам риска существуют и механизмы управления ими: предупредительные (в т. ч. технические и организационные мероприятия), финансовые, экономические, юридические, правовые. Менеджмент риска техногенных систем в общей системе менеджмента предприятия не только дополняет общую систему менеджмента промышленного предприятия, особенно в случае опасных промышленных объектов, но и обеспечивает аргументированную базу для выбора наиболее эффективных экономических механизмов управления рисками. Последовательное и систематическое определение условий, идентификация, анализ, контроль, мониторинг рисков и обмен информацией о них в рамках любого вида деятельности, в ходе любого рабочего процесса позволяет компаниям минимизировать убытки и увеличить свою прибыль. Для анализа техногенных опасностей и определения показателей риска эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли промышленности, как за рубежом, так и в России используют достаточно широкий набор методических подходов и аналитических инструментов, которые на верхнем уровне классификации можно разделить на две следующие большие категории: методы качественной и количественной оценки риска. Качественные методы анализа опасностей, в принципе, могут использоваться в той или иной мере как самостоятельные методы на различных этапах жизненного цикла опасного производственного объекта, но поскольку они не дают числовых оценок, то практикуются в основном для выявления источников опасности, потенциально опасных событий и анализа причинно-следственных механизмов возникновения и развития аварийных ситуаций. Как показывает зарубежная практика [1,2] качественные методы в роли самостоятельных автономных инструментов чаще применяются к относительно простым объектам, где ожидаемые негативные воздействия на персонал, население, окружающую среду и имущественный комплекс незначительны. Но, как правило, еще чаще эти методы используются в составе полномасштабных алгоритмов количественного анализа риска для «отработки» стандартного этапа «Идентификация опасностей» — одного из важнейших начальных звеньев алгоритмической цепочки количественной оценки риска. Методы количественной оценки риска, в отличие от качественных, более строги и структурированы в логическом и математическом аспектах, и позволяют кроме выявления опасностей получить и проанализировать числовые показатели основных характеристик промышленной безопасности и риска опасных производственных объектов со сложной технологией. По мнению зарубежных экспертов [3], применение количественной оценки риска обеспечивает не только получение наиболее достоверных оценок техногенного риска анализируемого объекта и повышение уровня его безопасности, но и существенно улучшает экономические показатели производства. В настоящее время ни один крупный зарубежный проект нефтегазовой отрасли не рассматривается без проведения количественной оценки риска на каждой стадии жизненного цикла объекта — от обоснования инвестиций до реконструкции или закрытия. При этом особое значение придается проведению количественной оценки риска именно на этапе проектирования, исходя из понимания, что истоки аварийности скрыты в неадекватных проектных решениях. В связи с этим в подавляющем большинстве известных зарубежных нефтегазовых корпораций процедура анализа риска является важнейшим встроенным «блоком общего алгоритма проектирования. Актуальность, цели и задачи диссертационной работы Практика эксплуатации уникальных газодобывающих систем Крайнего Севера выявила целый ряд проблем, связанных с устойчивостью и безопасностью работы отдельных элементов этих систем и всей системы в целом. Как отмечено выше, причины данных проблем кроются в технических решениях, применяемых при добыче газа на месторождениях Крайнего Севера (расположение скважин группами на насыпных площадках из минерального грунта, сборных газопроводов — на сваях, площадочных сооружений — на сваях или на насыпных площадках), и очень сложных условиях эксплуатации объектов газодобычи (ММП, низкие температуры, интенсивные и протяженные во времени паводковые явления). Указанные факторы вызывают ряд специфических осложнений, приводящих к существенным отклонениям условий эксплуатации этих систем от предусмотренных проектом. Задача эффективного использования ограниченных финансовых ресурсов в условиях постоянного удорожания строительных работ на объектах газодобычи реализуется в новейших проектных решениях в виде все более плотной компоновки оборудования и увеличения его единиц на кустах скважин и промплощадках, совмещения процессов первичной сепарации пластового сырья, его дожима до давления, необходимого для глубокой очистки газа перед магистральным транспортом, стабилизации конденсата на единой площадке УКПГ, повышения рабочего давления с 7,5 до 12,0 МПа. Современные подходы к обеспечению промышленной безопасности исходят из принципа направления средств и усилий прежде всего на те участки, где больше потенциал опасности, при этом объем затрат должен быть адекватен этому потенциалу. Реализация таких подходов, особенно для сложных технических объектов, требует всестороннего анализа показателей безопасности промышленных объектов, определения внутренних механизмов аварийности и возникновения ущерба. Из приведенного в предыдущем подразделе следует, что наиболее четкие алгоритмы для решения этой задачи дает методология количественной оценки промышленного риска, применение методов которой особенно важно на этапе проектирования, что позволяет оптимизировать проектные решения с точки зрения уменьшения частот возникновения аварийных процессов и ущерба в результате их реализации. Переход на данную систему управления проектами рассматривается ОАО „Газпром“ как важнейшая задача, требующая оптимизации средств расчета риска и анализа его структуры. В связи с этим, возникает необходимость рассмотрения проектов новых объектов газодобычи и подготовки газа к транспорту с точки зрения промышленной безопасности: определение потенциальных опасностей, характерных для Крайнего Севера, их анализ и разработка предложений ' по их уменьшению. Эта необходимость определяет цели настоящей работы, заключающиеся в проведении всестороннего анализа техногенного риска эксплуатации вновь проектируемых объектов добычи и подготовки газа месторождений Крайнего Севера. Для достижения цели работы были поставлены следующие конкретные задачи: — исследование логики развития аварий на объектах газодобычи- - обоснование масштабов распространения поражающих факторов аварий на объектах добычи и подготовки газа к транспорту- - исследование возможности возникновения каскадных аварий на объектах добычи и подготовки газа к транспорту- - расчет и анализ структуры техногенного риска, связанного с эксплуатацией установки подготовки газа к транспорту- - обоснования ряда мер, направленных на уменьшение ущерба от аварий на проектируемых УКПГ. Выбор модельного объекта Полуостров Ямал является одним* из важнейших стратегических нефтегазоносных регионов России. Промышленное освоение месторождений Ямала и прилегающих акваторий имеет принципиальное значение для обеспечения роста российской добычи газа после 2010 года. Первоочередным объектом освоения на Ямале являются сеноман-аптские залежи Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения (БНГКМ). Проектный объем добычи газа на БНГКМ определен в 115 млрд. куб. м в год. В долгосрочной перспективе проектный объем добычи газа должен увеличиться до 140 млрд. куб. м в год. Ввод БНГКМ в эксплуатацию позволит компенсировать падение добычи газа на северных месторождениях в период после 2010 года. Освоение месторождения запланировано на период 2010;2017 гг. БНГКМ характеризуется тяжелыми природными условиями, удаленностью от населенных пунктов, магистралей и основных потребителей, высокой стоимостью обустройства, эксплуатации и транспорта газа. При освоении месторождения и подготовке газа к транспорту предполагается использование новых, нестандартных технических решений, таких как более плотная компоновка, оборудования и повышение рабочего давления, обещающих повышение экономической эффективности работы системы в целом. В связи с этим, в настоящей работе в качестве модельных объектов использованы проектируемые объекты газодобычи и подготовки газа к транспорту Бованенковского НГКМ, поделенные на три последовательных технологических звена: — кусты скважин, расположенные на насыпном основании» высотой 2,5 м и расстоянием между скважинами 15 м- - промысловые трубопроводы, расположенные на эстакадах с размещением на них до двух трубопроводов, объединяющиеся в единые технологические коридоры по мере приближения к УКПГ. — установка комплексной установки газа, расположенная на единой насыпной площадке, включающей в себя блоки входных ниток, первичной сепарации, низкотемпературной сепарации, ДКС 1-ой и 2-ой очередей и ГКС.

5.5 Выводы по главе.

В пятой главе проведен расчет и анализ структуры риска эксплуатации УКПГ-1 Бованенковского НГКМ для двух типов реципиентов — людей и оборудования.

Показано, что несмотря на переход технологии подготовки газа на более высокие давления (11,8 МПа), коллективный риск от возможных аварий на УКПГ составляет среднестатистическую для такого рода объектов величину, что связано с соизмеримым, по сравнению с эксплуатируемыми УКПГ, числом персонала и применением современных высокоэффективных систем аварийного реагирования. При этом наибольшие уровни потенциального территориального риска для людей наблюдаются в районе расположения блока низкотемпературной сепарации (связано с высокой концентрацией оборудования) и блока, входных ниток (связано с высокой частотой аварий на газопроводах, транспортирующих «сырой газ»).

С целью уменьшения расчетных показателей риска для персонала УКПГ проведено вынесение блока входных ниток (как зоны с максимальными значениями потенциального территориального риска) из состава единой насыпной площадки на собственное основание, расположенное в 300 м от прежнего местоположения. Сравнение показателей риска для персонала обоих вариантов размещения, блока. входных ниток не показало существенной разницы между ними.

Определена структура ожидаемого ежегодного ущерба от аварий на УКПГ, показавшая, что вклад социального ущерба (ущерба персоналу) в ожидаемый ежегодный ущерб составляет менее 0,03%. В связи с этим поставлена задача определения оптимального размещения технологического оборудования с целью уменьшения значения ущерба в результате аварий на УКПГ.

Для ее решения с использованием дозового подхода к оценке степени повреждения оборудования и наружных установок, предполагающего деление оборудования УКПГ на три класса чувствительности, построены поля риска разрушения оборудования каждого класса чувствительности, отражающие распределение частоты реализации поражающих факторов аварий на всех рассматриваемых технологических элементах УКПГ, приводящих к необратимым разрушениям оборудования.

Предложены методы определения оптимального размещения технологического оборудования на промплощадке УКПГ, основывающиеся на: анализе различных вариантов размещения оборудования УКПГ на промплощадке в целях минимизации величины ожидаемого ежегодного ущерба от аварий на УКПГрасчете минимальной суммы ожидаемого ущерба от аварий на УКПГ и стоимости строительства промплощадки УКПГ с целью определения оптимальных расстояний между технологическим оборудованием.

При реализации первого метода определения рационального размещения для модельного объекта оптимальным было признано вынесение блока входных ниток (как оказывающего наибольшее влияние на распределение риска по территории) из состава единой насыпной площадки на собственное основание, расположенное в 300 м от прежнего местоположения.

Применение второго из приведенных методов показало, что минимум суммы «ежегодных затрат» на подготовку площадки и ожидаемого ежегодного ущерба от аварий на УКПГ-1 наблюдается при линейном масштабе около 0,75, следовательно, компоновка проектируемой УКПГ является излишне свободной.

Предложен подход к нахождению оптимальных затрат на поддержание технического состояния оборудования выделенных технологических блоков УКПГ (и, следовательно, оптимального значения суммарной частоты возникновения аварий на оборудовании блока Л^), основывающийся на определении минимального значения суммы ежегодных затрат на поддержание технического состояния оборудования технологического блока Си ожидаемого ежегодного ущерба от аварий на оборудовании технологического блока У-, где i — номер рассматриваемого технологического блока.

Иллюстрация подхода продемонстрирована для блока входных ниток УКПГ. Отмечено, что наблюдается существенная разница в суммарных частотах возникновения аварий на оборудовании блока входных ниток до и после оптимизации затрат на поддержание технического состояния оборудования рассматриваемого блока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В решении проблемы обеспечения промышленной безопасности объектов газовой промышленности важная роль принадлежит методологии количественной оценки промышленного риска, получившей широкое распространение за рубежом и предлагающей для оценки безопасности универсальный критерий — риск, объединяющий вероятность и последствия (ущерб) потенциальных аварий.

Диссертация посвящена вопросам разработки алгоритма анализа риска вновь проектируемых объектов добычи и подготовки к транспорту газа месторождений Крайнего Севера, одним из наиболее технологически совершенных и энерговооруженных площадных объектов ОАО «Газпром». Эти объекты характеризуются такими проектными решениями как более плотная компоновка оборудования и увеличения его единиц на промплощадках, совмещение процессов первичной сепарации пластового сырья, его дожима до давления, необходимого для глубокой очистки газа перед магистральным транспортом, стабилизации конденсата на единой площадке УКПГ, повышение рабочего давления с 7,5 до 12,0 МПа.

Указанные особенности определяют такое специфическое осложнение при развитии аварии как каскадный эффект, возможность возникновения которого необходимо учитывать при анализе рисков такого рода объектов. В связи с этим, в настоящей работе предложен общий алгоритм анализа риска объектов добычи и подготовки к транспорту газа месторождений Крайнего Севера, учитывающий наравне с поражением персонала объекта (основной реципиент существующих алгоритмов) поражение оборудования, в том числе в результате развития каскадной аварии;

Наполнение предложенного алгоритма пригодным к практическому использованию содержимым потребовало рассмотрения конкретных задач, в результате решения которых получены следующие научные результаты:

1. разработана методика, позволяющая с удовлетворительной точностью выполнять оценку значения аварийного массового расхода газа при авариях на сборных газопроводах промысловой сети, основанная на двухэкспоненциальной модели Альберта, модернизированной для учета технологической специфики рассматриваемых объектов газодобычи;

2. разработан способ оценки степени повреждения оборудования при авариях с пожарами на объектах подготовки газа месторождений Крайнего Севера, основанный на делении типового оборудования этих объектов на классы чувствительности к тепловому воздействию и определении для каждого класса значений пороговой и гибельной доз тепловых нагрузок, соответствующих начальной и полной степени поражения оборудования;

3. предложен способ оценки степени повреждения зданий и сооружений при авариях с пожарами, основанный определении вероятности возгорания материалов (по группам воспламеняемости, согласно ГОСТ 30 402–96) зданий и сооружений, подвергаемых тепловому воздействию и степени поражения зданий и сооружений (при условии их возгорания) от воздействующего на них удельного теплового потока и типа по пожарной нагрузке;

4. предложен способ оценки вероятности возникновения каскадных аварий на объектах добычи и подготовки газа месторождений Крайнего Севера;

5. на основе методологии построения полей потенциального риска персоналу объекта, с использованием критериев поражения оборудования ВВС, осколками и дозового подхода к оценке степени повреждения оборудования и наружных установок, предполагающего деление оборудования рассматриваемых в настоящей работе объектов на три класса чувствительности, построены поля риска разрушения оборудования каждого класса чувствительности, наглядно отражающие распределение частоты реализации поражающих факторов аварий на всех рассматриваемых технологических элементах объекта, приводящих к необратимым разрушениям оборудования;

6. с использованием построенных полей риска оборудованию трех классов чувствительности предложены алгоритмы выработки мероприятий, направленных на снижение ущерба от аварий на объектах подготовки газа месторождений Крайнего Севера и частоты возникновения таких аварий;

7. разработан способ оценки рационального расстояния между технологическим оборудованием объектов подготовки газа месторождений Крайнего Севера, основанный на определении минимума суммы «ежегодных затрат» на подготовку площадки и ожидаемого ежегодного ущерба от аварий.

Дальнейшие исследования в области анализа риска для оборудования должны быть посвящены уточнению критериев поражения оборудования поражающими факторами аварий, разработке экспресс-методик оценки аварийных массовых расходов при авариях на элементах УКПГ, определению функциональных зависимостей между стоимостью мероприятия, направленного на уменьшения частоты возникновения аварий Си частотой аварийной разгерметизации X-, совершенствованию способа оценки степени повреждения зданий и сооружений при воздействии на них тепловой радиации и алгоритмов разработки проектных мероприятий, направленных на уменьшение ожидаемого ущерба при возникновении аварий на проектируемых объектах.

По итогам работы получено 3 Акта использования от следующих организаций:

— Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий — Газпром ВНИИГАЗ» (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»);

— Открытое акционерное общество «ВНИПИгаздобыча» (ОАО «ВНИПИгаздобыча»);

— Общество с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт' проблем пожарной безопасности» (ООО «НИИППБ»).

БЛАГОДАРНОСТИ.

В заключении автор желает выразить благодарность научному руководителю работы д.т.н. B.C. Сафонову, к.х.н. Е. В. Агиной, к.т.н. А. А. Петрулевичу, к.т.н. С. В. Овчарову, к.т.н. С. А. Ковалеву, к.т.н. Д. М. Захаренко и к.т.н. С. В. Ганаге за помощь в ходе научной работы, в ходе оформления диссертации, при решении организационных вопросов, возникавших во время работы. Без их поддержки работа не могла бы быть выполнена и не приобрела бы законченных форм диссертации. Также, автор желает поблагодарить коллег по работе за поддержку и благожелательное отношение.

Автор крайне признателен руководителю отдела научно-технической информации ООО «Газпром ВНИИГАЗ» С. В. Заславской за высокоэффективную организацию доступа к монографиям и периодическим изданиям отечественных и зарубежных авторов, позволившую осуществить обработку свыше 500 работ по тематике диссертации.