Леонович Игорь Александрович. Разработка методики прогнозирования аварийных ситуаций на компрессорных станциях магистральных газопроводов

Краткое описание

Леонович Игорь Александрович. Разработка методики прогнозирования аварийных ситуаций на компрессорных станциях магистральных газопроводов: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.26.02 / Леонович Игорь Александрович;[Место защиты: Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина], 2016.- 181 с.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА»
На правах рукописи УДК 622.691.4.004.6
ЛЕОНОВИЧ ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ
МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
Специальность 05.26.02 - «Безопасность в чрезвычайных ситуациях»
(нефтегазовая промышленность)
(технические науки)
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: д.т.н., профессор
А.М. Ревазов
Москва — 2016 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ И АВАРИЙНОСТИ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ 7
1.1. Анализ правового и нормативно-технического обеспечения промышленной
безопасности магистрального трубопроводного транспорта газа Российской Федерации 7
1.2. Исследование современного состояния аварийности на КС МГ Российской Федерации,
Республики Беларусь, США и Канаде 15
1.3. Основные принципы формирования системы мониторинга и прогнозирования
возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 32
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА КС МГ 38
2.1. Методологические подходы к прогнозированию возникновения аварийных ситуаций .. 38
2.2. Вероятностно-эвристический подход к прогнозированию возникновения аварийных
ситуаций на КС МГ 47
2.3. Исследование эффективности существующих методов и методик прогнозирования
возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 55
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА КС МГ 63
3.1. Методология разработки системы прогнозирования возникновения аварийных ситуаций
на КС МГ 63
3.2. Разработка сценариев развития аварийных ситуаций на КС МГ 66
3.3. Анализ утечек природного газа на оборудовании КС МГ 71
3.4 Разработка сценариев возникновения аварийных ситуаций на КС МГ 79
ГЛАВА 4. КОМПЛЕКСНАЯ МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА КС МГ 93
4.1. Разработка методики оценки комплексной вероятности реализации отказа оборудования
КС МГ 93
4.2. Разработка методики обработки данных 108
4.3. Комплексный анализ состояния промышленной безопасности КС «Слонимская» 112
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 124
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 125
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 126
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. БЛОК-СХЕМЫ АНАЛИЗА ОБОРУДОВАНИЯ 133
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПРОСНЫЕ ЛИСТЫ ПО «ВЕСОВОМУ КОЭФФИЦИЕНТУ» 139
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ОПРОСНЫЕ ЛИСТЫ БАЛЛЬНО-ФАКТОРНОГО АНАЛИЗА 148
ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день в Российской Федерации происходит коренное изменение подходов к обеспечению промышленной безопасности (ПБ) на опасных производственных объектах (ОПО). На замену директивному способу установления нормативных требований, неукоснительное следование которым составляло основу ПБ, приходит более гибкий риск-ориентированный подход, основанный на установлении предельных параметров ПБ в зависимости от определенных (для конкретного объекта нормирования) критериев риска.
Развитие системы магистральных газопроводов (МГ) Российской Федерации проходит высокими темпами, осваиваются новые месторождения, прокладываются новые газопроводы, строятся новые компрессорные станции, в тоже время активно эксплуатируются компрессорные станции (КС), построенные на заре становления магистрального газопроводного транспорта. Таким образом, на сегодняшний день эксплуатируются КС различного возраста и технического состояния. Широкое применение риск-ориентированного подхода для обеспечения безопасной эксплуатации объектов магистральных газопроводов базируется на использование различных методик расчета риска реализации аварийных сценариев, как на линейной части, так и на объектах КС, однако, следует заметить, что методики расчета риска на КС проработаны заметно хуже, чем методики расчета риска аварии на линейной части МГ, в частности, не определены факторы, влияющие на вероятность отказа того или иного технологического оборудования КС, не определены критерии изменения риска отказа технологического оборудования в зависимости от степени его изношенности, качества эксплуатации и прочих влияющих на надежность факторов эксплуатации.
Указанные положения определяют актуальность разработки методики, которая позволяла бы проводить мониторинг состояния ПБ КС МГ с учетом реального технического состояния таких объектов. На базе такой методики возможно проводить прогнозирование возникновения аварийных ситуаций на КС, а значит прогнозировать изменения состояния промышленной безопасности на объекте с принятием своевременных мер по устранению возникающих недостатков.
Исследование процессов оценки риска аварии на объектах магистральных газопроводов изучались многими авторами, в том числе: ведущими учеными отрасли, из которых необходимо отметить работы: Зарицкого С.П., Лопатина А.С., Поршакова Б.П., Одишария Г.Э., Васильева Г.Г., Ревазова А.М., Иванцова О.М., Лисанова М.В., Махутова Н.А., Харионовского В.В.. и других авторов, на исследования которых опирался автор.
Указанные авторы исследовали, в основном, риск аварий на линейной части магистральных газопроводов, на компрессорных станциях исследовали риск для технологических трубопроводов. Наименее изученным вопросом является вопрос возникновения и развития аварии на технологическом оборудовании, а также связанные с этим вопросы влияния технического состояния оборудования и факторов эксплуатации на риск возникновения аварии.
Целью диссертационной работы является совершенствование методики прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на компрессорной станции магистрального газопровода для обеспечения надежной и безаварийной эксплуатации КС МГ на основе синтеза экспертных методов анализа отказов и методов вероятностно-статистической оценки.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
1. Провести анализ современного состояния эксплуатационной надежности КС МГ Российской Федерации и Республики Беларусь, исследовать эффективность существующих методик прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ;
2. Исследовать и идентифицировать возможные сценарии возникновения и развития аварийных ситуаций на КС МГ в процессе эксплуатации;
3. Разработать методику прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ, которая позволяет оценивать вероятность аварии с учетом реального технического состояния оборудования и факторов эксплуатации, с целью своевременного предупреждения аварийных ситуаций;
4. Выполнить апробацию разработанной методики с целью определения вероятностей реализации аварийных сценариев для оборудования КС и определения приоритетности вывода в ремонт оборудования КС.
Научная новизна работы заключается в развитии теоретических основ обеспечения надежности эксплуатации компрессорных станций магистральных газопроводов, анализе видов и последствий аварий на КС с идентификацией факторов, оказывающих наиболее значимое влияние на вероятность возникновения и масштаб последствий таких аварий, анализе и идентификации технологического оборудования КС по степени аварийности и создании методики и алгоритма прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ.
Практическая значимость. Разработана методика, которая позволяет оценивать вероятность реализации аварийного сценария на различном оборудовании КС с учетом его реального технического состояния и факторов эксплуатации. Применение разработанной методики позволит проводить анализ риска для КС, основанный не на обще статистических, консервативных вероятностях аварий, а на приближенной к реальности вероятности отказа конкретного технологического оборудования, что подтверждено проведением апробации на материалах компрессорной станции «Слонимская».
Теоретическая значимость. Разработанные положения методики будут способствовать развитию «риск»-ориентированных методов и моделей обеспечения промышленной безопасности при эксплуатации компрессорных станций магистральных газопровод. Разработанная методика позволит существенно повысить точность оценки риска и соответствие результатов оценки реальному техническому состоянию объекта анализа.
Методы исследования. В работе применялись методы системного анализа, методы экспертных оценок (балльно-факторный анализ, весовые оценки в группах факторов), методы математической статистики (определение критерия согласия х ). Для определения тесноты связи между произвольным числом ранжированных признаков использовался метод корреляционного анализа по критерию конкордации Кенделла (множественный коэффициент корреляции). В работе для анализа риска применялись вероятностно-эвристические методы (построение «дерева отказов» и «дерева событий»).
На защиту выносятся следующие положения:
1. Результаты анализа эксплуатационной надежности и существующих методов прогнозирования возникновения аварий на КС МГ Российской Федерации и Республики Беларусь;
2. Классификация факторов, оказывающих наиболее значимое влияние на вероятность возникновения и масштаб последствий аварий на оборудовании КС МГ, и возможных сценариев возникновения и развития аварийных ситуаций, возникающих в процессе эксплуатации;
3. Методика прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ в процессе эксплуатации, позволяющая оценивать вероятность возникновения аварийных ситуаций на оборудовании КС с учетом его реального технического состояния и факторов эксплуатации;
4. Алгоритм реализации разработанной методики на примере одной из существующих КС системы МГ Республики Беларусь.
Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на конференциях, семинарах, научных заседаниях, посвященных вопросам надежности и безопасности трубопроводного транспорта нефти и газа, в том числе:
1. X Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», Москва, 10-12 февраля 2014г.
2. 18-20 ноября 2014 г. Уфимский государственный нефтяной технический университет «VII Международная научно-практическая конференция молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники-2014»
3. 24-26 ноября 2014г. Gubkin University SPE Student Chapter “Oil and Gas Horizons VI”
4. 25-28 ноября 2014г. Полоцкий государственный университет VIII международная научно-техническая конференция «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта»
5. 25-27 ноября 2014 г., Москва, ВДНХ КРУГЛЫЙ СТОЛ «Трубопроводный транспорт углеводородов» в рамках выставки «Российская выставка с международным участием ТРУБЫ И ТРУБОПРОВОДНЫЕ СИСТЕМЫ НЕФТЬ. ГАЗ. ЖКХ»
6. 14-16 апреля 2015г, Международная молодежная научная конференция «Нефть и газ — 2015»
7. 20 - 23 октября 2015г., г. Москва, РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, Одиннадцатая всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности (газ, нефть, энрегетика).
8. 24 - 26 ноября 2015г., г. Москва, РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, Международный Молодежный научно-практический Конгресс «Нефтегазовые Горизонты», Oil and Gas Horizons.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 статьи — в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, трех приложений. Работа изложена на 132 страницах, включает 30 иллюстраций и 51 таблицу. Библиография включает 112 литературных
источников.

Список литературы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Показано, что аварии на КС являются важнейшим источником техногенного риска для системы магистральных газопроводов, а существующие методы и методики прогнозирования аварийных ситуаций на КС обладают недостатками, которые существенно влияют на точность и достоверность получаемых результатов;
2. Идентифицированы и классифицированы возможные сценарии возникновения и развития различных видов аварийных ситуаций на КС МГ, возникающих в процессе её эксплуатации. Разработана методика построения типовых сценариев для различного технологического оборудования КС;
3. Разработана методика прогнозирования возникновения аварийных ситуаций на КС МГ в процессе эксплуатации, для практического использования методики разработан алгоритм, основные этапы которого соответствуют основным этапам существующих методик оценки риска возникновения аварийных ситуаций на КС МГ;
Проведена апробация разработанной методики на базе исходных данных и материалов аварийности одной из КС МГ Республики Беларусь, что позволило продемонстрировать возможность практической реализации разработанной методики.