Методология применения анализа риска в целях обеспечения промышленной безопасности на объектах нефтегазового комплекса
| Вид материала | Автореферат |
- Единая система оценки соответствия в области промышленной, экологической безопасности,, 134.1kb.
- Стратегия развития нефтегазового комплекса в механизме обеспечения экономической безопасности, 319.48kb.
- Единая система оценки соответствия в области промышленной, экологической безопасности,, 154.89kb.
- Единая система оценки соответствия в области промышленной, экологической безопасности,, 161.21kb.
- Программа семинара 10 октября 2011 г включает в себя следующие темы, 33.69kb.
- План мероприятий по обеспечению безопасности людей на водных объектах Октябрьского, 48.63kb.
- Администрация города ишима, 487.91kb.
- Общие положения, 712.36kb.
- Календарный план (весенний семестр 2010/2011 учебного года) лекций старшего преподавателя, 64.7kb.
- Единая система оценки соответствия на объектах, подконтрольных ростехнадзору, 134.33kb.
На правах рукописи
МАРТЫНЮК ВАСИЛИЙ ФИЛИППОВИЧ
МЕТОДОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ АНАЛИЗА РИСКА В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОБЪЕКТАХ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА
Специальность 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность
(нефтегазовая отрасль)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва – 2009
Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина.
| Научный консультант: | доктор технических наук, профессор П    русенко Борис Ефимович |
| |  |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Антипьев Владимир Наумович |
| | |
| | доктор технических наук, профессор Хуснияров Мират Ханифович |
| | |
| | доктор технических наук Лесных Валерий Витальевич |
| | |
| Ведущая организация: | Головной научно-исследовательский и проектный институт Российской Федерации по проблемам газификации ОАО «ГИПРОНИИГАЗ» |
Защита состоится 23 октября 2009 года в 14-00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Автореферат разослан 2009 года.
Ученый секретарь совета подпись Лягов А..В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Состояние промышленной безопасности на опасных производственных объектах вызывает обеспокоенность общественности, привлекают внимание ученых и специалистов. В нефтегазовом комплексе уровень аварийности и производственного травматизма остается высоким.
В России научные разработки по проблемам безопасного развития техносферы в последнем десятилетии ХХ века были сконцентрированы в Государственной научно-технической программе «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска природных и техногенных катастроф», где проводилось комплексное исследование межотраслевых проблем промышленной безопасности, включая разработку научных методов теории техногенных и природных катастроф, теории защиты и безопасности, переход к проектированию, созданию и эксплуатации потенциально опасных производств и объектов на базе новых критериев, методов и средств обеспечения безопасности, создание методов и средств оповещения, защиты и спасения людей, а также ведения восстановительных работ в зонах возникновения и развития катастроф, создание единой национальной, региональной и международной нормативно-законодательной базы по техническому, правовому, и экономическому регулированию вопросов безопасности, создание отдельной отрасли законодательства Российской Федерации в сфере промышленной безопасности. Разработка научных основ обеспечения безопасности в нефтегазовой области ведется в ВУЗах этого профиля, отраслевых научно-исследовательских институтах и научно-производственных фирмах. В работах Бурдакова Н.И., Гельфанда Б.Е., Генделя Г.Л., Гумерова А.Г., Гумерова Р.С., Елохина Н.А., Козлтина А.М., Короленка А.М., Корольченко А.Я., Котляревского В.А., Мастрюкова Б.С., Махутова Н.А., Одишаря Г.Э., Сафонова В.С., Хусниярова М.Х., Швыряева А.А., Шебеко Ю.Н. и других исследователей обоснован подход к управлению промышленной безопасностью как управлению рисками и разработаны методы оценки опасности. Между тем опыт использования анализа риска (ограниченный большей частью оценкой риска в декларациях промышленной безопасности) показывает, что его результаты не учитываются при принятии решений, касающихся безопасности опасных производственных объектов. В результате у специалистов складывается впечатление о «виртуальном» характере методологии анализа риска. При этом анализ риска является по существу ключевым элементом на пути совершенствования систем управления промышленной безопасностью, учитывающих постоянно меняющийся риск аварии на объекте. Указанные обстоятельства обуславливают актуальность проведенных исследований.
Целью настоящей работы является разработка методологии применения анализа риска для обеспечения промышленной безопасности на объектах нефтегазового комплекса.
При этом в диссертации решались следующие основные задачи:
- комплексный анализ состояния промышленной безопасности и создание эмпирических баз данных по аварийности и травматизму, как основы для идентификации основных опасностей объектов нефтегазового комплекса;
- исследование механизмов и закономерностей физико-химических процессов, определяющих отдельные стадии инициирования и развития аварий и катастроф и разработка моделей для оценки их последствий;
- разработка алгоритмов и методов анализа опасностей и риска промышленных объектов;
- разработка критериев категорирования опасностей, объектов и производств;
- выявление зависимостей между различными показателями риска и обоснование критериев выбора приемлемого индивидуального, коллективного, социального, технического и материального риска;
- разработка методов идентификации признаков предаварийных ситуаций на опасном объекте;
- анализ риска типовых опасных объектов и производств.
В работе использовался системный подход к решению поставленных задач. Теоретические исследования проводились с помощью методов моделирования, а в необходимых случаях использовались методы экспертных оценок и статистики. Применяемые методы исследований позволили комплексно рассмотреть различные аспекты методологии применения анализа риска.
Информационной основой исследований являлись отечественные и зарубежные литературные, правовые, нормативные источники, материалы расследования аварий, материалы научно-исследовательских работ различных ВУЗов и НИИ по тематике промышленной безопасности и охраны труда, электронные базы данных.
На защиту вынесены следующие результаты:
- концепция системы методик оценки возможных последствий аварий;
- зависимость параметров поражающего действия взрывных волн от природы взрывоопасного вещества и характеристик пространства;
- алгоритмы и схемы анализа риска аварий сложных технических систем;
- принципы категорирования взрывоопасных зон на объектах нефтегазового комплекса;
- зависимости между показателями риска и критерии приемлемого риска.
Научная новизна диссертационной работы определяется следующими результатами:
- на основании рассмотрения сценария инициирования и развития аварии как последовательности физико-химических процессов разработана концепция системы методик оценки возможных последствий аварий на производственных объектах, причем методики, описывающие отдельные стадии развития аварийных процессов создаются как результат изучения процессов и их моделирования, что позволяет ограниченным числом моделей описывать возможные аварийные ситуации;
- выявлены зависимости параметров поражающего действия взрывных волн от природы взрывоопасного вещества и характеристик пространства, которые позволяют оценить характер разрушений от взрыва и вероятность поражения объектов;
- с использованием методологии анализа риска проведен систематический анализ материалов расследований аварий и несчастных случаев с обобщением информации в виде логико-графических деревьев происшествий, позволяющих проводить идентификацию сценариев и обоснованное построение деревьев отказов для аварий в нефтегазовой отрасли;
- на основе опыта риск-анализа типовых производств, анализа возможностей нормативного обеспечения процедуры анализа риска и зарубежного опыта предложены алгоритмы и схемы анализа риска аварий сложных технических систем, в которых для каждого этапа определено, что считать результатом и определены порядок и способы получения результата на основе исходных данных для каждого этапа;
- с позиций разрешения коллизии между рисковым и детерминированным подходом к обеспечению промышленной безопасности проведено исследование обоснованности категорирования опасных объектов в нефтегазовой отрасли и выявлены имеющиеся несоответствия;
- предложен метод мониторинга опасности объекта в реальном времени, учитывающий вероятность реализации нежелательных событий заданного уровня в зависимости от технического состояния элементов системы, действий персонала, внешних воздействий;
- выявлены зависимости между показателями риска и обоснованы критерии выбора приемлемого риска, позволяющие аргументировано принимать управленческие решения.
Практическая ценность работы.
Результаты систематической обработки данных по аварийности и производственному травматизму на опасных объектах нефтегазовой отрасли, обобщенные в монографиях «Анализ аварий и несчастных случаев в нефтегазовом комплексе России», «Анализ аварий и несчастных случаев на трубопроводном транспорте России», «Анализ аварий и несчастных случаев на объектах газового надзора», «Аварии и несчастные случаи на объектах котлонадзора», использованы в ООО «ВолгоУралНИПИгаз» при разработке методов и средств снижения техногенных рисков нефтегазовых производств (скважины, объекты промысловой подготовки и переработки углеводородов, нефтепродуктопроводы).
Методы анализа риска, моделирование аварийных процессов, алгоритмы оценки риска, выбор критериев приемлемого риска и их использование для категорирования опасных объектов и производств используются в учебном процессе РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина для подготовки специалистов по специальности 280100 «Безопасность жизнедеятельности» при чтении лекций, проведении семинарских занятий по курсам «Защита в чрезвычайных ситуациях», «Теория горения взрыва», а также при курсовом и дипломном проектировании.
Разработанные правила аттестации и программы подготовки экспертов в нефтяной и газовой промышленности используются в МФ «Национальный институт нефти и газа» при сертификации (аттестации) экспертов по промышленной безопасности Единой системы оценки соответствия на объектах, подконтрольных Ростехнадзору.
Основные научные и практические результаты работы использованы в НТЦ «Промышленная безопасность» при разработке нормативных документов Ростехнадзора:
- «Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, подконтрольных Госгортехнадзору России» (РД 09-102-95, утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 17.11.95 № 57);
- «Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов» (РД 08-120-96, утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 12.07.96 № 29);
- «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» (утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 09.04.99 № 24);
- «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности» (утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 06.10.98 г. № 64);
- «Методики проведения экспертизы промышленной безопасности на объектах газоснабжения» (согласованы отделом газового надзора Госгортехнадзора России от 30.04.2003 г. № 14-3/100);
- «Положение о порядке технического расследования причин аварий на опасных производственных объектах» (РД 03-293-99, утверждено постановлением Госгортехнадзора России от 08.06.99 г. № 40);
- «Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей» (РД 03-409-01, утверждена Госгортехнадзором России 26.06.01);
- «Методика расчета геометрических характерных масштабов зон поражения по концентрациям и токсодозам при выбросах парожидкостной фракции хлора в стратифицированную атмосферу» (согласована Госгортехнадзором России 22.07.98).
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач, достаточным объемом исходных статистических данных, использованием апробированных методов исследований, верификацией результатов расчетов с последствиями экспериментов и реальных аварий, сходимостью результатов, полученных на различных технических объектах, с результатами расследования аварий.
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Совета Безопасности Российской Федерации на 1994, 1995 и 1996 гг., а также в рамках Государственной научно-технической программы «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска природных и техногенных катастроф», Федеральной программы «Экологическая безопасность России» и Комплексной программы «Безопасность Москвы».
Личный вклад автора в выполнение работы заключается в разработке комплексных программ НИР с определением целей и постановкой задач исследований, научных методов их конкретного решения, обработке результатов экспериментов, а также научно-методической координации НИР при межотраслевых исследованиях. При его непосредственном участии проведены теоретические исследования, составлены алгоритмы и программы. Автор активно внедрял результаты разработок в практику.
Апробация работы. Основные научные результаты диссертации изложены в 80 научных изданиях, включая 27 публикаций в ведущих научных журналах и изданиях из Перечня ВАК для докторских диссертаций. Они докладывались на Втором и Третьем Российско-норвежских семинарах «Безопасность и надежность сложных технических систем» (Трондхейм, 1994 г., Санкт-Петербург, 1996 г.), на НТС МЧС России (1995 г.), на ХШ Всероссийской научно-практической конференции «Пожарная безопасность-95» (ВНИИПО МВД России, 1995 г.), на Научно-практической конференции «Спасение, защита, безопасность - новое в науке, технике, технологии» (Москва, 1995 г.), на XI Всесоюзном симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, 1996 г.), на Международной конференции «Риск: наука, обучение, рынок труда» (Москва, 1996 г.), на Научно-практической конференции «Безопасность населения г. Москвы и меры по снижению риска от чрезвычайных ситуаций» (Москва, 1997 г.), на ХШ Международной конференции «Уравнения состояния вещества» (Терскол, 1998 г.), на 4 Международной конференции «Промышленная безопасность» (Москва, 1998 г.), на Международной конференции «Совершенствование работ по оценке, экспертизе, сертификации и страхованию объектов повышенной опасности» (Анталия, 1998 г.), на Научно-технических конференциях «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007 гг.), на семинарах Госгортехнадзора России (Воскресенск, 1994 г., Туапсе, 1995 г., Железноводск, 1996 г., Таганрог, 1997 г., Владимир, 2003, 2004, 2005, 2006 гг., Тверь 2008 г.,), Научно-практическом семинаре «Взрывобезопасность промышленных объектов» (Москва, 2000 г.), на конференции «Управление рисками и устойчивое развитие Единой системы газоснабжения» (Москва, 2006 г.), на международной конференции «Безопасность морских объектов» (Москва, 2007 г.) Седьмом международном симпозиуме по промышленным взрывам (Санкт-Петербург, 2008 г.).
Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Работа изложена на 334 страницах, одержит 34 таблицы, 49 рисунков, список литературы из 343 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы исследования, излагаются основные положения диссертации.
В первой главе рассмотрено состояние промышленной безопасности нефтегазового комплекса России. Результаты системного анализа статистических данных об авариях и несчастных случаях, их причинах и мероприятиях по их предупреждению, а также нарушений требований нормативных документов, выявленных в процессе технического расследования причин аварий, свидетельствуют об устойчивой тенденции повышения безопасности объектов нефтегазового комплекса. Среди причин аварийности и травматизма 80% занимают организационные, среди зафиксированных нарушений Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности 60% имеют организационный характер, а около 50% мероприятий, рекомендованных комиссиями в ходе технического расследования причин аварий, по существу касаются совершенствования систем управления промышленной безопасностью и охраной труда. Изменение положения с промышленной безопасностью и охраной труда требуют смены и парадигмы промышленной безопасности, которая должна быть ориентирована прежде всего на дальнейшее уменьшение опасности промышленной деятельности.
Анализ контрольно-профилактической работы Ростехнадзора, международного опыта по созданию систем управления промышленной безопасностью, охраной труда и охраной окружающей среды показал, что в системах обеспечения безопасности на производстве показателями, свидетельствующими о приближении аварийной ситуации, являются нарушения правил и норм, а методами предупреждения аварий - меры, принятые по выявленным нарушениям, что определяет необходимость наличия соответствующей современным требованиям нормативной базы, в которой критерии опасности научно и методически обоснованы. Поэтому целевой функцией предупреждения аварийности и травматизма является обеспечивающая деятельность системы управления промышленной безопасностью система нормативных документов, регулирующих правовые, организационные, социально-экономические и технические аспекты безопасности производств на основе выявленных с применением анализа риска критериев безопасности.
Проведен анализ существующих подходов к анализу риска в нашей стране и за рубежом и сформулированы принципы нормативного обеспечения процедуры оценки опасности, являющиеся в настоящее время общепринятыми.
Опыт оценки риска при разработке деклараций промышленной безопасности свидетельствует, что эта деятельность может успешно осуществляться только при наличии соответствующей методической базы. Проведенная в работе оценка состояния и возможностей применения на практике существующих методов расчета степени риска аварий на опасных промышленных объектах и их верификация показала, что имеющаяся нормативная база оценки последствий промышленных аварий и катастроф не соответствует требованиям практики и возможностям, которые предоставляет современный уровень развития науки. Выходом из сложившейся ситуации является разработка системы методик оценки риска аварий на промышленном объекте.
Использование анализа риска в системе управления промышленной безопасностью по существу призвано ответить на принципиальный вопрос о соотношении реального уровня опасности объекта и уровня приемлемого риска, а также обосновать экономическую эффективность предлагаемых мер по повышению промышленной безопасности с учетом математического ожидания экономических потерь при различных рисках аварий. Поэтому обоснование критериев выбора приемлемого риска, которые могут быть взяты за основу при решении практических задач управления, является одной из задач диссертации.
На основании анализа состояния промышленной безопасности в нефтегазовом комплексе, нормативного и методического обеспечения анализа риска и практики его использования предложены принципиальные направления, на которых строится разработка научно-методических основ применения анализа риска в целях обеспечения промышленной безопасности, включающие:
- создание эффективной научно-обоснованной системы расследования аварий, сбора и анализа данных по аварийности и травматизму;
- исследование закономерностей и механизмов физико-химических процессов, определяющих инициирование техногенных катастроф, ход и последствия аварий;
- создание моделей аварийных процессов;
- категорирование промышленных объектов и производств по степени опасности с учетом результатов анализа риска;
- обоснование критериев допустимого риска, позволяющих аргументировано принимать управленческие решения;
- реализация в нормативных документах научных выводов, полученных в результате анализа риска типовых производственных объектов.
Вторая глава посвящена совершенствованию научно-методических основ расследования аварий, систематическому анализу материалов расследования аварий и несчастных случаев и созданию баз данных по аварийности и травматизму в целях информационной поддержки анализа риска.
В науке о промышленной безопасности сведения об авариях являются исходным и контрольным материалом по всем вопросам. Анализ этих данных, особенно по причинам аварийности и травматизма, служит основой для совершенствования нормативно-технической документации и тем самым для предупреждения аварий, принятия проектных и конструктивных решений, а также разработки предложений для научных исследований.
В работе проведен анализ существующих банков данных по авариям и инцидентам в промышленности. Разработана структура информационного представления данных о происшествии на основе блочно-модульного принципа с помощью систем показателей и текстовой информации, реализованная в карточке учета аварий в виде формы для сбора и учета данных по авариям, включенной в нормативный документ «Положение о порядке технического расследования причин аварий на опасных производственных объектах» (РД 03-293-99, утверждено постановлением Госгортехнадзора России от 08.06.99 г. № 40).
Впервые предложен логико-графический метод анализа причинных взаимосвязей между произошедшим событием (аварией или случаем травматизма) и исходными отказами. Результатом анализа являются логико-графические «деревья происшествий». «Дерево происшествий» представляет собой набор заключенных в прямоугольники констатаций событий, соединенных между собой в соответствии с временными причинно-следственными связями. При этом, в отличие от обычно используемых при анализе опасностей «деревьев отказов», при соединении констатаций событий в «деревьях происшествий» не используются логические символы, так как в них нет необходимости. По существу «дерево происшествий» отражает аварийное сочетание событий. То есть такое сочетание, что если все эти события происходят, то случится и происшествие. «Деревья происшествий» служат базой для построения «деревьев отказов» для аварий и несчастных случаев на различных объектах нефтяной и газовой промышленности при проведении анализа риска.
Проведен систематический анализ материалов расследования аварий и несчастных случаев в нефтегазовом комплексе России. Результаты систематического анализа статистических данных, материалов расследования аварий и несчастных случаев и результатов экспертиз обобщены в шести монографиях. В монографиях приведены описания происшествий, в каждом из которых содержится информация о характере, времени и месте происшествия, характеристика объекта, на котором произошла авария или несчастный случай, обстоятельства происшествия, дерево происшествия. Приводятся основные причины происшествия в том виде, в каком они представлены в Акте расследования аварии, а также перечень нарушений нормативно-технических документов и рекомендованные комиссией по расследованию мероприятия по устранению причин происшествия. В необходимых случаях представлены схемы установок и места происшествия. Полученные данные по аварийности и травматизму составляют основу для идентификации опасностей и верификации положений и выводов диссертации.
Третья глава посвящена моделированию аварий на объектах нефтегазового комплекса с целью разработки системы методик оценки опасности. Сформулированная концепция системы методик оценки риска аварий базируется на следующих положениях. Основные опасности объектов нефтегазового комплекса связаны с авариями в виде пожара, взрыва или токсического выброса. Прогнозирование последствий аварий на таких производствах связано прежде всего с поражающими факторами при реализации основных опасностей. При всем многообразии возможных сценариев аварий набор поражающих факторов ограничен. Это создает возможность описывать физические воздействия, приводящие к нанесению ущерба людям, материальным ценностям и окружающей среде, конечным числом параметров.
Сценарий аварии рассматривается как последовательность физических явлений, происходящих один за другим в ходе развития аварийной ситуации. Каждому физическому явлению соответствует своя методика расчета - элемент системы методик. Возможны разветвления путей развития аварии и их пересечения. Система методик, состоящая из элементов, описывающих отдельные физические явления, позволяет рассчитывать последствия аварий при реализации того или другого «дерева событий» на основе одного или нескольких корневых процессов. При таком подходе можно подробно охватить различные сценарии аварий на конкретном объекте ограниченным числом методик, каждая из которых дает метод расчета только отдельных стадий аварии. Собственно разработка алгоритма, описывающего выбор стадии аварий, и выработка требований к методикам по отдельным стадиям аварийного процесса, и составляют основную задачу при разработке системы методик.
Количество возможных сценариев аварии определяет число необходимых элементов системы методик. Деление сценария на структурные элементы происходит на основе следующих принципов:
- каждый элемент содержит в себе конкретное физическое явление, которое можно описать математической или эмпирической моделью;
- каждый элемент изолирован и может быть использован в сочетании с другими элементами в других сценариях развития аварии. Этим же требованием обеспечивается взаимозаменяемость элементов;
- возможность использования нескольких элементов, описывающих один и тот же процесс. Это открывает возможность замены устаревшей методики, при этом не потребуется переработки всей системы методик.
ВЫБРОС
ЖИДКОСТЬ
СЖИЖЕННЫЙ ГАЗ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
СЖИЖЕННЫЙ ГАЗ ПРИ ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
