Введение
Научно-технический прогресс неизбежно сопровождается увеличением интенсивности добычи углеводородов, возрастанием мощности установок переработки, усложнением технологических процессов. Поэтому, в случае возможных аварий на современном производстве, возрастает тяжесть экологических, экономических и социальных последствий, что выдвигает промышленную безопасность в число основных характеристик объектов энергетического комплекса. В современном мире технические и инженерные решения, не обеспечивающие промышленную, социальную и экологическую безопасность не будут иметь право на применение. Внимание государства к проблемам безопасности подчеркивается принятием Федерального закона "О техническом регулировании" №184-ФЗ [2], в котором предусматривается введение общих и специальных технических регламентов в целях, в том числе, защиты жизни или здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального имущества, а также для охраны окружающей среды. С целью преодоления негативных тенденций с аварийностью в промышленности принят закон "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" №116-ФЗ [28], в котором устанавливается необходимость подготовки специального документа - "Декларации промышленной безопасности опасного производственного объекта". В Декларации промышленной безопасности одним из наиболее значимых и важных является раздел, связанный с идентификацией опасностей и анализом риска, т.е. с обоснованием ожидаемой частоты возникновения и специфики развития различного рода аварий, а также с определением количественных показателей возможного ущерба, вызванного авариями. Эффективность подобных мер государственного регулирования в области промышленной безопасности была доказана существенным снижением (до 10 раз) числа чрезвычайных ситуаций в развитых странах за последние 10-15 лет.
Результаты количественной оценки риска (КОР) широко используются также при экспертизе промышленной безопасности, обосновании технических решений по обеспечению безопасности, страховании, экономическом анализе безопасности по критериям «стоимость - безопасность - выгода», оценке воз-
действия хозяйственной деятельности на окружающую природную среду и при других процедурах, связанных с анализом безопасности.
Предполагается, что новые идеи, основанные на целеориентированном подходе с обязательным использованием количественной оценки риска [137-143] (взамен т.н. "предписывающего" подхода, основанного лишь на строгом выполнении норм, правил и инструкций, изложенных в многочисленных документах различного уровня, а также предписаний контрольных и надзорных органов) найдут отражение во вновь разрабатываемых технических регламентах, устанавливающих, с учетом степени риска причинения вреда, минимально необходимые требования, обеспечивающие промышленную безопасность и другие виды безопасности (биологическую, механическую, пожарную и др.).
Таким образом, как действующее, так и вновь разрабатываемое перспективное законодательство РФ в области промышленной безопасности предполагает широкое, в составе необходимой проектной документации (по крайней мере, как минимум, в составе Декларации промышленной безопасности), использование количественной оценки риска на всех этапах жизненного цикла любого опасного производственного объекта [1,153-158]. Таких этапов выделяется шесть:
• ходатайство (декларация) о намерениях;
• обоснование инвестиций;
• технико-экономическое обоснование строительства (ТЭОС);
• детальное проектирование и строительство;
• эксплуатация,
• консервации или ликвидация.
В разработку методических основ оценки потенциальной опасности производственных объектов, применения результатов анализа риска промышленных объектов для решения практических задач, внесли большой вклад известные отечественные ученые В.А. Легасов, И.И. Кузьмин, А.Н. Елохин, Н.И. Бур-даков, Б.Е. Прусенко, А.Н. Черноплеков и другие. Однако, ввиду ряда специфических особенностей этапа ТЭОС, ряд теоретических положений требует дополнительного развития.
Поскольку принципиальные технологические решения принимаются на этапе ТЭОС, то именно на этом этапе закладываются основы безопасной и эффективной эксплуатации будущего предприятия. Вместе с тем, с точки зрения КОР, все эти этапы характеризуются фундаментальным отличием - полнотой доступных исходных данных для КОР, что вынуждает производить оценку риска в условиях неопределенности.
Отмеченные обстоятельства делают актуальной задачу создания научно обоснованных объективных методов количественной оценки риска на этапе ТЭОС опасного производственного объекта в условиях повышенной неопределенности исходных данных. Особую актуальность указанная проблема приобретает для объектов нефтегазового отрасли, эксплуатация которых осуществляется с повышенным риском промышленных аварий, связанным с процессами добычи, транспортировки, хранения, переработки и реализации углеводородов. В связи с усложнением производства возрастают требования к точности оценки опасностей и прогноза возможности возникновения аварий и их последствий уже на этапе ТЭОС. Недооценка или существенная переоценка возможных опасностей может привести либо к аварии, или, наоборот, к экономической неэффективности производства из-за необходимости проведения избыточных дорогостоящих мер безопасности.
Настоящая работа является развитием исследований по методическому обеспечению анализа риска от промышленных аварий в условиях высокой неопределенности исходных данных, характерной для этапа ТЭОС. Разработанная с участием автора технология количественной оценки риска позволила установить единые методологические подходы к проведению анализа риска аварий на ОПО для всех этапов жизненного цикла объекта, начиная с ТЭОС, сохранив возможность прослеживания «наследования» результатов анализа риска на последующих этапах жизненного цикла объекта с большей определенностью (проработанностью проектов) данных.
Цель работы состоит в снижении риска гибели и травматизма персонала на основе выбора наиболее безопасного варианта проекта на этапе ТЭОС.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
7
• разработка методологии анализа риска на этапе ТЭОС, включая:
о исследование существующего опыта проведения анализа риска от промышленных аварий;
° выявление основных особенностей анализа риска на этапе ТЭОС;
° анализ основных неопределенностей исходных данных, существенно влияющих на результаты количественной оценки риска от аварий на опасных производственных объектах;
° определение оптимальных путей преодоления каждого вида неопределенности данных для КОР;
° создание методики оценки риска от аварий для опасных производственных объектов на этапе ТЭОС;
• практическая апробация методических подходов и проведение анализа риска при разработке проектной документации и деклараций промышленной безопасности опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли на этапе ТЭОС.
Научные положения, выдвигаемые на защиту:
Методология количественной оценки риска аварий, разработанная с учетом специфики этапа ТЭОС жизненного цикла опасных производственных объектов нефтегазового комплекса.
Научная новизна работы заключается в следующем:
• Разработаны основные принципы количественной оценки риска на этапе ТЭОС т.е. в условиях неопределенности исходных данных:
° неопределенности технологических решений, ° неопределенности размещения персонала,
° неопределенности выбора набора физико-химических и математических моделей, применяемых при количественной оценке риска.
Личный вклад автора заключается в:
• постановке задач, выборе методов и направлений исследования;
• разработке методики анализа риска объекта на этапе ТЭОС;
8
Практическое значение результатов исследований:
• При участии автора разработаны и внедрены Специальные технические условия проекта Сахалин-П «Анализ риска опасных производственных объектов проекта «Сахалин-П»1.
• С использованием разработанной методики и программного комплекса количественной оценки риска от аварий на ОПО получены результаты оценки риска аварий2 для:
° Завода сжиженных природных газов (Сахалин-П);
° Терминала отгрузки нефти (Сахалин-П);
° Объединенного берегового технологического комплекса (Сахалин-П);
° Насосно-компрессорной станции №2 (Сахалин-П);
о Морских стационарных платформ ПА-Б, Лун-А (Сахалин-Н);
о Трубопроводной транспортной системы (Сахалин-П);
° Берегового комплекса подготовки нефти (проект ранней добычи нефти, Сахалин-1);
о Площадки буровых скважин Чайво (проект ранней добычи нефти, Сахалин-1).
° Временного комплекса подготовки (проект ранней добычи нефти, Сахалин-1);
Методы исследования. Для решения поставленных задач были использованы современные методы исследования, методы сбора и обработки данных -анализ и синтез, выявление закономерностей, описание, обобщение; принципы и правила создания алгоритмов и программных кодов. Для решения отдельных вопросов применялись методы математической статистики, теории вероятностей, системного анализа, оценки риска, обратной связи и моделирования и построения баз данных.
Моделирование и расчеты, связанные с проведением анализа риска, проведены с использованием методов и средств вычислительной техники.
1 Акт о внедрении приведен в приложении А (стр. 129)
2 Акт о внедрении приведен в приложении А (стр. 130)
Апробация работы. Материалы работ докладывались на 5 конференциях, симпозиумах, семинарах:
• «Применение количественной оценки риска при анализе аварии на Техасо Refinery 24 июля 1994 года». Пятая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности. "Новые технологии в газовой промышленности"
• «Методика оценки риска на этапе Технико-Экономического обоснования строительства объектов нефтегазовой отрасли». 5-я научно-техническая конференция (23-24 января 2003г.) Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России.
• «Применение количественной оценки риска при анализе аварии на заводе Associated Octel Company 1-2 февраля 1994 года». Пятая Всероссийская конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности "Новые технологии в газовой промышленности"
• Качевский Г.В., Ляпин А.А., Монахов Р.Е. - "Особенности оценки риска и подготовки Деклараций безопасности на объектах газового хозяйства (на примере завода сжижения природного газа)". VIII Международные научные чтения «Белые ночи-2004», 2-4 июня 2004 года.
• «Риск-ориентированные принципы разработки системы ликвидации разливов нефти». Семинар "Об опыте декларирования промышленной безопасности и страхования ответственности. Развитие методов оценки риска аварий на опасных производственных объектах." 14-15 октября 2003 года.
Публикации. Общее количество научных публикаций - 8. Основные положения диссертации опубликованы в 3 печатных работах. Кроме того, результаты работы нашли отражение в действующем нормативном документе касающемся вопросов анализа риска и декларирования промышленной безопасности.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка источников из 158 единиц, 2 приложений. Содержит 127 стр., 32 таблицы, 7 рисунков.
10
1 Анализ современного состояния методов анализа риска
1.1 Понятие «риск» и количественная оценка опасности. Классификационные признаки риска
Рассматривая вопросы анализа опасности объектов нефтегазодобычи, целесообразно рассмотреть используемые понятия, термины и определения. В вероятностном подходе для количественной оценки опасности используются понятие риска.
В общем случае под опасностью подразумевается присущие объекту химические и физические свойства, обуславливающие потенциальные возможности нанесения ущерба здоровью людей, сохранности имущества и окружающей среды. К опасностям, в частности, относят наличие на объекте токсичных, горючих, взрывоопасных и коррозионноопасных веществ и материалов, экстремальные условия, в которых находятся части рассматриваемого объекта, а именно высокие и/или низкие температуры, давления, колебания и вибрации механического характера, циклические изменения - температуры и давления материальных потоков и т.д. [10].
Подробное определение опасности и риска дается в работе [23]. Под опасностью автор понимает явление (природное или техносферы), при котором возможно возникновение явлений или процессов, способных поражать людей, наносить материальный ущерб, разрушительно действовать на окружающую человека среду. Схожее определение опасности приводится и в документах [1, 17].
Под риском в общем случае понимается мера возможного ущерба, характеризуемого потерями здоровья людей, материального имущества и нарушением состояния окружающей среды, от функционирования объекта в режиме штатной эксплуатации и при авариях на нем [10].
Риск - частота реализации опасностей определенного класса [23]. Риск может быть определен как частота (размерность - обратное время) или вероятность возникновения одного события при наступлении другого события. Поня-
11
тие «риск», как количественная мера опасности, является одним из центральных понятий в промышленной безопасности.
Если при классификации риска в качестве классификационного признака выбрать вид опасности, то можно, например, выделить следующие виды риска: химический; пожарный; радиационный; риск, связанный с использованием транспортных средств, и др.
Еще одним классификационным признаком, без которого невозможен объективный и подробный анализ риска, является объект воздействия опасности. В этом случае рассматривают риск для жизни и здоровья людей (потенциальный, индивидуальный, коллективный и социальный), риск уничтожения или повреждения имущества (материальный ущерб) и риск нанесения ущерба окружающей среде (экологический).
1.2 Предмет анализа риска
Предметом процедуры анализа риска является безопасность (состояние защищенности личности и общества от аварий) на опасных производственных объектах.
В Российской Федерации различают следующие виды безопасности являющиеся предметом анализа риска:
• промышленную безопасность, как состояние защищенности личности и общества от аварий (включая пожары и взрывы, но, не ограничиваясь ими) на опасных производственных объектах [1];
• пожарную безопасность, как состояние защищенности прав граждан, окружающей природной среды и материальных ценностей от пожаров и взрывов на опасных производственных объектах [3];
• безопасность населения и территорий, как состояние защищенности интересов населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, обусловленных авариями на опасных производственных объектах [4].
Количественной мерой безопасности являются потери от аварий на опасных производственных объектах (являющиеся случайной величиной) и их соответствующие числовые характеристики, включая следующие важнейшие:
12
• потери имущества (состав и/или восстановительная стоимость оборудования и материалов). Числовые характеристики потерь — ожидаемый ущерб за год {риск потерь имущества}, (расчетный) максимальный ущерб.
• загрязнение окружающей среды — изменение состояния окружающей среды вследствие аварии, например количество выброшенного загрязнителя, загрязненная площадь или другие. Числовые характеристики потерь - ожидаемые или максимальные величины.
• разливы нефти и нефтепродуктов (объемы выброса, его длительность). Числовые характеристики потерь - ожидаемый (наиболее вероятный) выброс {проектная авария первого уровня реагирования}, (расчетный) максимальный выброс {проектная авария второго уровня реагирования}, гипотетический выброс {проектная авария третьего уровня реагирования}.
• гибель людей (количество погибших). Числовая характеристика потерь — ожидаемое число погибших за год {смертность}, или риск гибели людей.
Различают потери, и, соответственно, риск гибели для персонала (риск для персонала) и для населения (риск для населения).
В отношении риска гибели людей различают следующие представления этой численной характеристики:
• потенциальный риск — частота реализации (смертельно) поражающих факторов аварии в определенной точке пространства в течение заданного времени (наиболее часто используется год) (другими словами - ожидаемая частота гибели человека, который находится в данной точке пространства 24 часа в сутки, 365 дней в году и никогда не покидает ее, даже если видит опасность). Другое часто используемое наименование - контуры риска. Размерность - [1/год].
• индивидуальный риск - частота (смертельного) поражения определенного человека в результате возможного воздействия факторов аварии в течение заданного времени (наиболее часто используется год). Синонимы не известны. Размерность — [1/год].
• коллективный риск - ожидаемое (потенциальное) количество (смертельно) пораженных в результате возможного воздействия факторов аварии в
13
течение заданного времени (наиболее часто используется год). Другое часто используемое наименование - потенциальные потери жизней. Размерность - [случай смерти/год]
• Социальный риск - зависимость частоты (F) возникновения событий, характеризующихся одновременным (смертельным) поражением более чем определенного числа людей (N) при аварии, от этого числа. Синонимы -кумулятивная F/N-кривая (диаграмма), или кумулятивная частотная диаграмма. Размерность - [1/год].
Помимо аварий, часто рассматриваются также и другие источники потерь людей - потенциальные потери людей при выполнении транспортных операций (транспорте) или несчастные случаи на производстве, не связанные с реализаций основных опасностей.
Экономические убытки, имеющие место в результате транспортных, а также небольших происшествий на работе, как правило, могут быть незначительными. Однако число происшествий со смертельным исходом может быть довольно высоким.
Уровни риска для персонала, рассчитываемые на случай аварий, транспортных происшествий и производственных травм, могут быть объединены для определения общего риска по предприятию в целом или по проекту. Один из методов вычисления общего риска заключается в суммировании потенциальных потерь по всем видам опасностей (основные, незначительные и транспортные).
В качестве количественной меры безопасности в данной работе рассматривается риск (математическое ожидание потерь).
В действующих российских нормативных документах используются несколько разных, подчас противоречащих друг другу определений количественной меры уровня безопасности, основывающиеся на понятии риск.
Ниже приведены точные определения различных количественных мер риска, используемые в настоящей работе.
Для этого введены следующие обозначения:
а - сценарий аварии, отвечающий реализации определенного инициирующего события и определенной ветви дерева событий.
14
fa - ожидаемая частота реализации сценария а\
Zg - зона поражения людей при реализации сценарии а;
da - число погибших людей при реализации сценарии а;
Множество сценариев, рассматриваемых для данной установки, обозначим через S, при этом
<т e.S.
Участки, на которые разбита площадка предприятия, обозначим
Аь i = /, ... /.
Перенумеруем работников предприятия для удобства описания расчетов. Текущий номер работника т = 1, ..., М однозначно определяет наименование должности работника, его категорию и другие особенности его профессиональной деятельности, необходимой для анализа безопасности.
В принятых обозначениях возможно дать строгое инженерное определение различных количественных мер, связанных с анализом безопасности и содержащих в своем наименовании слово риск.
1.2.1 Потенциальный риск (контуры риска)
Для любой точки местности, где расположено предприятие (обозначим ее а) следующим образом определяется ожидаемая частота реализации р(а) поражающих факторов аварии, приводящих к гибели человека, если бы он находился в данной точке а постоянно 24 часа в сутки 365 дней в году и не избегал бы действия опасности.
Функция/?^ имеет размерность [1/год].
Линии постоянной величины (изолинии) функции р(а) называются потенциальным риском (контурами риска). Их физический смысл состоит в том, что они разделяют площадку предприятия (так же, как и местность вокруг предприятия) на области, в которых ожидаемая частота возникновения пора-
15
жающих факторов аварии, приводящих к гибели людей, заключена в определенных пределах.
Потенциальный риск (контуры риска) не зависят от количества работающих на предприятии или их должностных обязанностей, а определяются исключительно используемой технологией и надежностью применяемого оборудования.
Поэтому потенциальный риск (контуры риска) используются прежде всего для регулирования безопасности и в международной практике используются как мера критерия безопасности.
Потенциальный риск (контуры риска) (в терминах ГОСТ Р 12.3.047-98 -индивидуальный риск) используется как мера (критерий допустимости / недопустимости) уровня безопасности установки. Нормативными документами Гос-гортехнадзора России аналогичный критерий уровня безопасности установки не устанавливается.
В настоящей работе термин потенциальный риск (контуры риска) употребляется для описания ожидаемой частоты реализации поражающих факторов аварии, приводящих к гибели человека в любой заданной точке опасного производственного объекта.
1.2.2 Индивидуальный риск работника от аварий
Следует отметить, что расчет индивидуального риска для представителей населения чрезвычайно трудо- и ресурсоемок, т.к. требует широкомасштабных сбора и обработки информации по перемещению отдельных представителей населения по прилегающей к опасному производственному объекту. Соответственно, расчет риска для населения производится на основе предположений о вероятности нахождения какого-либо из представителей населения на территории прилегающей к опасному производственному объекту с получением оценок коллективного и социального риска, не требующих детализации по отдельным людям (подробнее см. п.3.3 и 3.4).
Для любого работника предприятия существует возможность гибели при возникновении аварии.
16
Потеря жизни работником в течение определенного периода времени (наиболее часто говорят о годе) является случайным событием, зависящим от рода его профессиональной деятельности, в том числе - от продолжительности нахождения работника на участках, отвечающих различным значениям потенциального риска (контурам риска) при его перемещениях по промышленной площадке предприятия в течение рабочей смены.
Для целей управления безопасностью персонала предлагается использовать количественную меру возникновения этого случайного события - математическое ожидание или частоту, называемую индивидуальным риском работника от аварий.
Индивидуальный риск работника от аварий следует отличать от риска несчастных случаев, который учитывает дополнительно и риск гибели при транспортировке работника от места проживания к предприятию и обратно.
Индивидуальный риск работника от аварий следует отличать от риска профессиональных заболеваний, вызванных вредными производственными условиями.
Индивидуальный риск работника т от аварий, обозначаемый гт, имеет размерность [1/год].
Расчет индивидуального риска работника от аварий, осуществляется с помощью соотношения:
1=1.../
где qmi - доля времени, в течение которого работник п находится /-й области предприятия,
Pi — ожидаемая частота возникновения поражающих факторов аварии в /-й области предприятия, приводящих к гибели людей.
Ожидаемая частота возникновения поражающих факторов аварии в определенной области предприятия, приводящих к гибели людей, определяется потенциальным риском (контурами риска) и рассчитывается на их основе.
17 |
