Научно-методические основы обеспечения безопасной эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазового комплекса на основе управления системными рисками (стр. 10 )

Несмотря на достаточный опыт построения «деревьев событий» [86, 87, 89] в настоящее время отсутствуют нормативно-инструктивная база и методические рекомендации для построения «деревьев событий» с учетом нестационарности ОПО. Нами разработаны следующие требования к построению формализованных моделей «деревьев событий» с учетом нестационарности рисков:

· сбор данных и статистический анализ произошедших аварийных событий;

· учет и анализ нестационарности пожаровзрывоопасности и токсичности горючих веществ;

· анализ условий протекания последовательности сценариев развития аварийного события;

· оценка частоты реализации условий развития аварийных событий;

· определение структуры «деревьев событий» на основе расчета вероятностных оценок последовательных во времени сценариев развития
аварий;

· определение регламента технических и организационных решений для локализации и ликвидации аварийных ситуаций.

Для взрывопожароопасных технологических установок в качестве головных событий принимаются разгерметизация и нагрев оборудования, произошедшие в результате отказов элементов отдельных модулей, ошибок обслуживающего персонала или по другим причинам, за которыми следуют промежуточные причинно-следственные события ‒ этапы развития аварийной ситуации, приводящие к конечным событиям: воздействию на персонал, устройства и сооружения объекта, соседние объекты и др.

Разработанная нами типовая формализованная нестационарная модель сценариев развития аварийных событий с учетом нестационарности системных рисков для случая выброса из разгерметизированного оборудования представлена на рисунке 14.

В разработанной модели промежуточные события определяются выходом в атмосферу горючих веществ с образованием облаков топливно-воздушных смесей и их разливом на площадке объекта.

Как известно [86, 87], наиболее опасные сценарии развития аварийных событий возникают вследствие огневого превращения горючих веществ, поступивших в атмосферу в виде пожара, факельного горения, взрыва в форме детонации или дефлаграции и «огневого шара».

Нестационарность огневого превращения объясняется, прежде всего, непостоянством топлива и массы горючего вещества, а также характеристикой места расположения топливно-воздушной смеси.

Ввод в действие технологических и организационных мероприятий по локализации и ликвидации аварийных событий также является нестационарным случайным событием, так как обусловлен нестационарностью вероятностных характеристик пожара, взрыва или массы «огневого шара», что и обуславливает необходимость анализа «деревьев событий» с огневым превращением горючих веществ на основе нестационарности сценариев развития событий.

Приведенные на рисунке 14 элементы нестационарной модели развития событий для процесса разгерметизации можно объяснить следующими условиями развития событий:

· нестационарность временного интервала и интенсивности выброса, определяемого начальным давлением, объемом поступления газовой фазы и др.;

· нестационарность выброса, обусловленная погодно-климатическими условиями, формирующими парогазовое облако;

· нестационарность появления источника зажигания при выбросе потока газовой фазы;

· нестационарность времени зажигания после разгерметизации;

· нестационарность времени зажигания разлива горючей жидкости;

· нестационарность массы «огневого шара», зависящей от количества в оборудовании продукта и его свойств.

Рисунок 14 ‒ Алгоритм построения формализованной модели

«дерева событий» с учетом нестационарности
системных рисков

Результаты расчета степени нестационарности КГ при реализации сценариев развития аварийных ситуации согласно модели «дерева событий» для наиболее опасного события, представленного на рисунке 14, приведены в таблице 10 [87]

Таблица 10 ‒ Вероятности развития аварийных событий на основе нестационарной модели

№ п/п	Наименование аварийного события	Вероятность события	Коэффициент когерентности	Степень синергетического риска
1	Появление топлива	Рпояв. топл = 6,7 × 10-2	0,4	8
2	Прогар змеевика	Рпр. эм. = 1,2 × 10-2	0,3	8
3	Попадание взрывоопасной паровоздушной смеси извне	Ризвне = 6,5 × 10-2	0,2	4
4	Вероятность возникновения результирующего катастрофического события «Взрыв в наг-ревательном модуле»	Ркатаст. = 8,9 × 10-2	0,2	4

Результаты корреляционного анализа частоты аварийных ситуаций с коэффициентом когерентности, характеризующим степень опасности аварийных ситуаций, представлены на рисунке 15. Данные представленной номограммы позволяют оценить уровень опасности нестационарных объектов и количественно оценить величину синергетического риска.

Как видно из приведенных данных, при увеличении показателя когерентности вероятностных распределений аварийных ситуаций (или коэффициента взаимной корреляции RФВК аварийных процессов) пропорционально увеличивается частота возникновения сценариев развития аварийных ситуаций lAi, что дает возможность раннего распознавания и локализации аварийного события на основе мониторинга показателя когерентности в режиме «On-Line», т. е. уменьшая показатель когерентности, можно минимизировать частоту возникновения аварийной ситуации с соответствующим повышением энергоэффективности установки и уменьшением материального ущерба в целом.

Пример оценки частоты возникновения аварийных ситуаций согласно РД для сценариев аварийных событий (рисунок14) представлен в таблице 11 [87].

Таблица 11 ‒ Количественная оценка риска сценариев аварийных
ситуаций

№ п/п	Сценарий события	Частота аварийных событий, год-1
1	Загазованность территории	3,18 × 10-2
2	Взрыв топливовоздушной смеси	5,72 × 10-3
3	Пожар разлития	9,54 × 10-3
4	Перегрев оборудования с последующим разрушением	4,77 × 10-3
5	Пожар в нагревательном модуле	2,5 × 10-2

КГ ‒ коэффициент когерентности;

l ‒ частота возникновения аварийных ситуаций;

1 ‒ при корреляции взрывопожароопасных ситуаций;

2 ‒ при корреляции взрывоопасных ситуаций и токсических выбросов

Рисунок 15 ‒ Обобщенная зависимость частоты возникновения

аварийных ситуаций l от уровня нестационарности КГ ОПО

2.5 Принципы разработки функциональной схемы управления минимизацией рисков с учетом нестационарности опасных производственных объектов

Как было показано выше, основу принятия решений по раннему распознаванию, своевременной локализации и ликвидации аварийных ситуаций составляют корреляционные матрицы для конкретного вида аварийной ситуации, представленные в таблице 11.

Рассмотренная нами количественная оценка степени опасности ОПО с учетом их нестационарности позволяет разработать на этой основе систему управления минимизацией технического риска, обеспечивающую безопасную эксплуатацию взрывопожароопасного оборудования технологических установок, позволяющую осуществлять мониторинг степени нестационарности технологических процессов, в первую очередь, нестационарность производительности по расходу сырья Q(t), нестационарность давления Р(t) и температуры Т(t) в случае реализации определенных технических решений по минимизации риска. На рисунке 14 для события «разгерметизация оборудования» показан алгоритм построения формализованной модели «дерева событий» с учетом нестационарности системных рисков технологическая матрица, который определяется для следующих сценариев развития данной аварийной ситуации:

· образование парогазового облака;

· образование пролива;

· пожар;

· взрыв парогазового облака.

Разработанная технологическая матрица принятия рациональных технических решений по локализации и ликвидации аварийных ситуаций представлена в таблице 12.

Таблица 12 ‒ Корреляционная матрица принятия решений
на основе нестационарной модели «дерева событий»

№№ п/п	Сценарий развития событий	Технологические решения	Энерго- эффективность установки
F1	F2	F3	Fi-1	Fi
1	Образование парогазового облака	R1,1	R1,2	R1,3	R1,i-1	R1,i	W1
2	Образование пролива	R2,1	R2,2	R2,3	R2,i-1	R2,i	W2
3	Пожар разлития	R3,1	R3,2	R3,3	R3,i-1	R3,i	W3
4	Взрыв парогазового облака	R4,1	R4,2	R4,3	R4,i-1	R4,i	W4
Примечание. * Rn, i ‒ величины взаимной корреляции аварийных событий; W1, W2, W3, W4 ‒ прогнозная энергоэффективность технологической установки с оценкой потерь на локализацию и ликвидацию аварии.

Учёт прогнозных величин ожидаемых потерь Fпот в случае реализации технических решений по минимизации синергетического риска осуществляется как:

. (21)

Оптимальное решение для минимизации возможного ущерба определяется по минимуму Fпот:

Fпот = minFпот. (22)

Для исключения неопределенности возможного принятия оптимальных или рациональных технических и организационных решений по управлению минимально допустимым уровнем риска при эксплуатации технологического оборудования ОПО в случае оперативного мониторинга объектов в режиме «On-Line» автором обосновано и предложено использовать для раннего распознавания аварийной ситуации относительный показатель опасности, определяемый по отношению автокорреляционных функций контролируемых основных параметров эксплуатации в различных временных интервалах: производительности отдельных модулей установки, давления, температуры и вибрации.

В этом случае величина прогнозируемого относительного показателя риска индекса нестационарности (Rmax) определяется как:

, (23)

где R¢max, R²max ‒ автокорреляционные функции изменяющихся во времени нестационарных случайных процессов;