Мониторинг безопасной эксплуатации газонаполнительных станций с заданной степенью риска

Осипенко, Юрий Григорьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Мониторинг безопасной эксплуатации газонаполнительных станций с заданной степенью риска
ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Мониторинг безопасной эксплуатации газонаполнительных станций с заданной степенью риска"

На правах рукописи

ОСИПЕНКО ЮРИИ ГРИГОРЬЕВИЧ

МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОНАПОЛНИТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ С ЗАДАННОЙ СТЕПЕНЬЮ РИСКА

Спеииалъностъ 25.00.19. «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ» (технические науки)

Г*

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

,Г ОБЯЗА ,

Москва, 2003 г.

БЕСПл. , ЗКЗЕ^

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина.

Научный руководитель - доктор технических наук профессор

Шутов Вадим Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор

Прохоров Александр Дмитриевич кандидат технических наук Гаспарянц Рубен Саргисович

Ведущее предприятие: ОАО «Газпром» ООО «Кавказтрансгаз» Невинномыс-ское ЛПУМГ

Защита состоится " " "_" 2003г. в_часов в ауд._на заседании

диссертационного совета Д 212.200.06 при Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: Ленинский проспект, 65, Москва, В-296, ГСП-1, 119991.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан "_""_" 2003 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук профессор

^ Иванцова С.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Газонаполнительная станция (ГНС) является базой системы снабжения потребителей сжиженными углеводородными газами. Она предназначена для бесперебойного снабжения сжиженным углеводородным газом (СУГ): коммунально-бытовых, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, государственного и частного автотранспорта. На ГНС осуществляют прием сжиженного газа, переливание его в резервуары - хранилища наполнение баллонов и автоцистерн. В баллонах газ доставляют непосредственно потребителям, а в автоцистернах - к ре-зервуарным установкам жилых зданий, промышленных и сельскохозяйственных потребителей, а также на автозаправочные станции.

Пик строительства и ввода в эксплуатацию ГНС падает на 1960 -1970гг., когда в нашей стране происходила широкая газификация бытовых и коммунальных потребителей. Но в дальнейшем с интенсивным потреблением СУГ наблюдается существенный износ основных фондов ГНС и в настоящее время их техническое состояние никак нельзя назвать благополучным. Статистика закономерно связывает аварийные ситуации на ГНС с их "возрастом". Об этом свидетельствует значительное число аварий и их тяжесть, а также возникновение в стальных конструкциях ГНС многочисленных свищей и трещин, которые приходится оперативно ремонтировать.

Уже к концу 80-х годов стало совершенно очевидно, что технологические процессы хранения сжиженного газа, наполнение резервуаров, разлив в баллоны и автоцистерны нуждается в переводе на новый, более высокий уровень надежности и безопасности. Причем это касается в равной степени, как действующих систем, так и вновь проектируемых и строящихся.

В этой ситуации чрезвычайно важно иметь представление о реальном техническом состоянии эксплуатирующихся технологических объектов ГНС. Например, чтобы оперативно принять меры для восстановления технического ресурса этих ответственных инженерных сооружений по результатам диагностического обследования и обеспечить безопасную их эксплуатацию. В связи с этим тематика

диссертационной работы, посвященная организации безопасной эксплуатации газонаполнительных станций на основе анализа их работоспособности и надежности является в настоящее время весьма актуальной и приоритетной.

Цель диссертационной работы заключается в повышении уровня безопасной эксплуатации отечественных ГНС путем разработки системы контроля, оценки и прогноза технического состояния основного технологического оборудования и проведения своевременных оперативных мероприятий, снижающих риск возникновения аварийных ситуаций.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

•исследование агрессивных свойств сжиженных газов, влияющих на безопасность эксплуатации ГНС и здоровье людей;

•анализ основных технологических операций, выполняемых на ГНС;

•анализ условий возникновения и развития аварий и отказов технологических объектов ГНС и структурной схемы их безопасной эксплуатации;

•разработка методов оценки поражающего воздействия на человека и конструкции тепловой радиации и осколков от взрыва газа в стальных оболочках резервуаров и трубопроводов при аварийных ситуациях на технологических объектах ГНС;

•разработка мониторинга безопасной эксплуатации ГНС с заданной степенью риска;

•анализ современных методов и технические средства диагностирования технического состояния основного технологического оборудования ГНС и натурного измерения компонентов напряженно-деформированного состояния в дефектных областях конструкций с целью создания передвижной диагностической лаборатории;

•разработка методологии оценки эксплуатационной надежности и риска эксплуатации объектов ГНС и практических мероприятий, повышающих их уровень безопасности.

Научная новизна

В диссертационной работе впервые разработана методология безопасной эксплуатации отечественных газо-наливных станций, основной фонд которых после длительной эксплуатации имеет существенный износ и невысокий уровень технического состояния, с заданной степенью риска,

Методологические и теоретические основы исследования:

• теоретические методы оценки поражающего воздействия на окружающую среду тепловой радиации и осколков от взрыва газа в замкнутых стальных оболочках резервуаров и трубопроводов при аварийных ситуациях на технологически х объектах ГНС;

• методы неразрупгающего контроля в диагностировании технического состояния основного технологического оборудования ГНС и натурного измерения компонентов напряженно-деформированного состояния в дефектных областях конструкций;

•методология оценки надежности человеческого фактора при эксплуатации основного технологического оборудования, уровня надежности элементов конструкций в области дефекта и риска эксплуатации объектов ГНС.

Практическая ценность работы.

Внедрение результатов исследований автора и практических рекомендаций по повышению безопасной эксплуатации технологических объектов в ОАО «Ростовская газонаполнительная станция» дало возможность предотвратить возможность аварийных ситуаций на особо опасных участках предприятия: железнодорожной сливной эстакаде на 10 постов, в резервуарном парке, в насосно-компрессорном цехе, в баллоно-наполнительном цехе, на двух постах газовых колонок, на 6 постах АГЗС и в котельной. Реализация результатов работы позволила существенно снизить объём утечек и потерь сжиженного газа. Все это в комплексе только в 2001 году привело к экономическому эффекту 91,2 тыс.$.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались:

•на 3-й научно-технической конференции, посвященной 70-летию РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва, 27-29 января 1999, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина;

•на научно-техническом семинаре «Актуальные вопросы состояния нормальной базы для строительства и реконструкции систем газоснабжения». С.Петербург, февраль 1999;

•на научно-техническом семинаре «Газификация населённых пунктов Вологодской области из полиэтиленовых труб». Вологда, 10-12 мая 2000.

На защиту выносятся:

•анализ основных технологических операций, выполняемых на ГНС; условий возникновения и развития аварий и отказов технологических объектов ГНС и структурной схемы их безопасной эксплуатации;

• методы оценки поражающего воздействия на человека и конструкции тепловой радиации и осколков от взрыва газа в стальных оболочках резервуаров и трубопроводов при аварийных ситуациях на технологических объектах ГНС;

•структурная схема безопасной эксплуатации ГНС с заданной степенью риска;

•методология оценки эксплуатационной надежности и риска эксплуатации частично изношенных объектов ГНС;

• практические мероприятия, повышающие уровень безопасности эксплуатации ГНС.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 81 наименование; содержит 159 страниц машинописного текста, 27 рисунков и 13 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении даётся краткая история строительства ГНС в нашей стране, дан анализ факторов, определяющих опасность эксплуатации технологических объектов ГНС и обосновывается актуальность темы диссертационной работы.

В первой главе «Анализ технологических операций на ГНС» представлена краткая характеристика агрессивных свойств сжиженных газов, влияющих на безопасность эксплуатации ГНС и здоровье людей, рассматриваются основные технологические объекты ГНС, анализируются современные технологические схемы слива и налива сжиженного газа с оценкой их достоинств и недостатков.

Согласно ГОСТ 20448-90 предприятия по обеспечению газом потребителей должны использовать сжиженный газ 3-х типов: пропан технический - ПТ; бутан технический - БТ; смесь технического пропана и бутана - СПБТ. Эти сжиженные газы должны иметь избыточное давление насыщенных паров при температуре + 45 С не более 1,6 МПа, а при температуре - 20 С - не менее 0,16 МПа.

Основной особенностью сжиженных углеводородных газов является то, что они хранятся и транспортируются в жидком, а используются в газообразном состоянии. При обычных условиях углеводородные газы находятся в газообразном состоянии, а при незначительном повышении давления без изменения температуры превращаются в жидкость. Обычными условиями следует считать атмосферное давление и температуры, характерные для районов и мест, где сжиженный газ хранится и используется.

Пропан как топливо может использоваться без регазификации и при отрицательных температурах (до - 20 С). Бутан без регазификации может применяться как топливо только в условиях положительных температур, так как при отрицательных температурах упругость его паров меньше атмосферного давления.

При использовании сжиженного газа в условиях высоких положительных температур бутаны имеют преимущества перед пропаном в том, что давление их насыщенных паров при одинаковой температуре примерно втрое ниже, чем у пропана; это позволяет хранить жидкую фазу бутанов в резервуарах, рассчитанных на давление 0,7 МПа, при обычных температурах (до + 40 С), а в резервуарах, рассчитанных на давление 1,6 МПА, - при температурах до + 80 С.

Сжиженные углеводородные газы при атмосферном давлении (ввиду того, что они очень слабо растворяются в крови) не обладают токсичным (отравляющим) действием на организм человека. Но, попадая в воздух, сжиженные газы смешиваются с ним, вытесняют и уменьшают содержание кислорода в воздухе.

В связи с этим все компоненты сжиженных газов включены в список вредных для человеческого организма веществ. Санитарными нормами установлена предельно допустимая концентрация их в воздухе рабочей зоны производственных помещений, равная 300 мг/м3 (в пересчете на углерод).

Опасное воздействие на человека сжиженных газов значительно возрастает, если они содержат сероводород и другие сернистые соединения, являющиеся сильными ядами, поражающими нервную систему человека. Использование сжиженных газов основано на горении их в смеси с воздухом, в котором содержится кислород. А процесс возгорания (взрыва) происходит при определенных соотношениях газа и воздуха, температуры и пределах воспламеняемости сжиженных газов (табл. 1).

Таблица 1

Газ Температура воспламенения, Предел воспламеняемости

° С при содержании газа в смеси с воздухом, %

низкая высокая нижний верхний

Пропан 530 588 2,37 9,5

Бутан 490 569 1,86 8,4

Теплота реакции горения пропана и бутана выделяется мгновенно, продукты сгорания нагреваются и, расширяясь, создают в объеме, где они находились, повышенные давления. Резкое возрастание давления при сгорании газа в ограниченном объеме (резервуаре, баллоне, газопроводе) обусловливает разрушительный

эффект взрыва. Абсолютное давление, возникающее при взрывах газовоздушной смеси (МПа), можно определить по формуле

где : ртч - начальное давление газовоздушной массы, МПа-, гюр - температура, развивающаяся при взрыве, °С; - начальная температура газовоздушной смеси, °С; т - число объемов продуктов горения (взрыва) газа; п - число объемов газа и воздуха до взрыва.

Анализ показывает, что при взрывах газовоздушной смеси, содержащейся в больших объёмах в резервуарах и трубах, могут произойти случаи, когда скорость распространения пламени превзойдет скорость распространения звука. При этом наблюдается повышение давления приблизительно до 10 МПа и возникает явление детонации.

Таким образом, пропаново-бутановые смеси с воздухом представляют значительную пожарную опасность; они сами легко воспламеняются, и их горение может вызвать ожоги или воспламенение других горючих материалов.

Проведенная оценка структуры ГНС показала, что особо опасными цехами и участками на ГНС являются: железнодорожно-сливная эстакада для приема железнодорожных цистерн с сжиженным газом; резервуарный парк хранения сжиженных газов; насосно-компрессорный цех для перекачки сжиженных газов из цистерн в емкости резервуарного парка с последующей подачей газа к цехам и участкам предприятия; баллоно-наполнительный цех по заправке баллонов потребителя, сливу остатков из баллонов, их дегазации и ремонта; газовые колонки по заправке автоцистерн; АГЗС для заправки газобаллонных автомашин государственного и частного автотранспорта; котельная.

На газонаполнительных станциях технологические операции, связанные с приемом, хранением, перемещением и раздачей огнеопасных и взрывоопасных сжиженных газов, являются основными, требующими соблюдения особых мер техники безопасности. В работе представлен анализ этих операций с использованием различных вариантов технологических схем производства работ. Показано,

Рв* г„„„ + 273 п

нач

что они могут производиться под действием гидростатического давления продукта за счет разности высотных отметок между опорожняемым и приемным резервуарами; насосами; компрессорами; нагревом верхнего слоя продукта в сливном резервуаре и охлаждением его в наполняемом резервуаре; созданием избыточного давления путем закачки инертного газа в паровое пространство опорожняемого резервуара. Наряду с этим в настоящее время используются комбинированные технологии сливно-наливных операций. К ним относятся: насосно-компрессорный, испарительный и инжекторный способы.

Во второй главе «Анализ аварий и отказов технологических объектов ГНС и структурная схема их безопасной эксплуатации» дан статистический анализ аварий и отказов на ГНС и дефектов в основном технологическом оборудовании; проанализированы условия возникновения и развития аварий на ГНС; представлены методы оценки поражающего воздействия на человека тепловой радиации и взрывной волны при аварийных ситуациях на ГНС; разработана структурная схема мониторинга безопасной эксплуатации ГНС в зависимости от величины ущерба окружающей среде и степени риска.

Возможные последствия аварий и чрезвычайные ситуации на ГНС были разделены на 2 группы:

а) Аварии на отдельных элементах, которые можно устранить или локализовать при минимальном воздействии на окружающие сооружения. Такие аварии характеризуются отсутствием значительных выбросов газа и загазованности территории, возникновением очагов пожаров, взрывов. Сюда можно отнести взрыв отдельных баллонов, пожар или взрыв отдельных емкостей, который удалось локализовать. Последствия: возможен вывод из строя отдельных объектов станции, частичная, восстанавливаемая потеря производительности станции. Возможны и пострадавшие.

б) Аварии на отдельных объектах, которые не удалось ликвидировать или локализовать и от воздействия которых возникает неконтролируемое, неуправляемое цепное развитие аварий с возникновением взрывов, огненных шаров и зон сплошных пожаров. На ГНС такие аварии могут быть при разрушении емкостей

базы хранения, или железнодорожных цистерн на эстакаде. Последствия: уничтожение ГНС, разрушение примыкающих к ГНС сооружений, жертвы среди персонала и людей, оказавшихся в зоне воздействия поражающих факторов. Статистические данные по вероятностям разрушения отдельных объектов ГНС даны в таблице 2.

Таблица 2

Аварийная ситуация Вероятность разрушения

Полное разрушение наземного холодного резервуара Ю-4 - 10"' Угод

Частичное разрушение резервуара (образование отверстия, свища; поломка запорной арматуры) 8,3-10 "3- 10 "*

Разрушение трубопровода 2-10"5 -1,4-10"7 1/год'Метр

Разрыв сливо-наливных шлангов рукавов 4-10"5 операций

Разгерметизация фланцевых соединений 5-Ю"3-7-Ю"3 1/год

Выход из строя задвижки 6-Ю"3 -10"4 1/год

Отказ насосного и компрессорного оборудования 5-Ю"3-10" Угод

Поражение людей тепловыми излучениями возможно, как при аварийных взрывах газопаровоздушных смесей в помещениях ГНС, так и в открытом пространстве, при выбросах или разливах сжиженных газов, а также при утечке газа из газопроводов или негерметичного оборудования.

Степень поражения человека (процент потерь Л) от действия тепловой радиации при быстром сгорании углеводородов и дефлаграционных взрывах газопаровоздушных смесей оценивался по величине теплового потока д и экспозиции I,. Время пребывания человека в зоне облучения при пожаре 13 зависит от конкретных условий аварии. Поражение различной степени человека при действии тепловой радиации можно оценить по графику (рис.1), на котором дана зависимость Я от параметра тепловой радиации 5.

При этом степеням поражения соответствуют ожоги кожи на глубину <0,12 мм - 1 степень, < 2 мм - 2 степень и > 2 мм - 3 степень - летальный исход. Здесь 5 - тепловая радиация при горении углеводородов, величина которой определяется

так =

Зоны действия основных поражающих факторов при различных сценариях аварий на ГНС рассмотренных в работе определялись для одиночных емкостей: автоцистерны, железнодорожные цистерны емкостью 54 и 75,5 м3, резервуар базы хранения и вариантов, когда развиваются цепные аварии по принципу "домино". При этом при цепной аварийной ситуации емкости, вовлеченные в аварию были условно разбиты на две группы.

5|И> — •сек

1 - первая степень поражения; 2 - вторая степень поражения; 3 - летальный исход Рис. 1. Зависимость процента потерь людей без защитной одежды от воздействия тепловой радиации при горении углеводородов Запасы сжиженного газа в емкостях одной группы идут, в основном, на образование газовоздушного облака и образование воздушной взрывной ударной волны. Энергия и запасы сжиженных углеводородных газов, находящихся в другой группе идет на образование огневых шаров, т.е. термического воздействия. Допущения, принятые при выполнении расчетов следующие: уровень заполнения одиночных резервуаров - максимальный, т.е. 85 % от геометрического, а усредненный уровень заполнения резервуаров в группе 80 % от максимального.

При взрывах оболочек ж.д. цистерн, трубопроводов и резервуаров, находящихся под высоким внутренним давлением углеводородных газов, образуются осколки, способные наносить материальный ущерб и вызывать поражение людей. Поражающее действие осколков определялось из уравнения баланса энергии Ье -

где: Ье - суммарный тепловой эффект взрывного превращения и расширения энергоносителя - хранимого под давлением сжиженного газа; Ьт - суммарная величина, включающая внутреннюю потенциальную Э„ и кинетическую Эк энергию продуктов детонации (ПД), энергию, переданную осколками окружающему воздуху и идущую на деформацию и разрушение оболочки; К - кинетическая энергия разлета стальных осколков оболочки резервуаров, баллонов или трубопроводов.

Аналитическое выражение для определения начальной скорости осколков, под которой понимается их скорость в момент максимального разгона, получается после подстановки значений Ье, Ьт и К в уравнение баланса энергии при взрыве и его решения:

где: Уд = 4 Юв-----скорость детонации для сжиженных углеводород-

ных газов; р - избыточное внутреннее давление паров газа; р - плотность продуктов детонации к моменту полного разгона стальных осколков оболочки; у -показатель изентропы продуктов детонации (у = 3); у/ - константа формы оболочки; р = —; т - масса стальной оболочки; т3 - масса заряда взрывчатого вещества

- сжиженного газа; Qe - количество теплоты, выделяемого при взрыве 1 кг сжиженного газа.

Так как, для цилиндрической оболочки трубопровода, резервуара или балло-

Критическая скорость встречи Укр с мишенью стального убойного осколка минимальной массы тю„ равна

где: Экр= 100 Дж - критическое значение энергии убойного осколка; т„ш,

5г.

Мощность взрыва газовоздушной смеси на территории ГНС существенно зависит от вместимости оболочек со сжиженным газом и массы газа в газовоздушной смеси (табл. 3)

Таблица 3

Показатели воздействия взрыва газовоздушной смеси на территории ГНС

Объект Вместимость Масса газа, т Показатели поражения взрывом

объектов, м3 % поражения Радиус зоны, м Число погибших

99 44 9

Автоцистерна 8 4 95 50 4

70 55 2

30 60 1

99 90 18

Ж/д цистерна 54 27 95 100 12

70 110 2

30 130 1

99 100 19

Резервуар 100 50 95 115 10

70 135 5

30 150 2

Группа из 5 99 220 58

ж/д цистерн и 570 285 95 245 19

3-х резервуа- 70 280 8

ров 30 325 3

На основании анализа возникновения, развития и последствий аварийных ситуаций можно сделать следующие выводы.

1. Аварии с пожарами, взрывами, образованием огневых шаров на газонаполнительных станциях, кустовых базах и других объектах хранения и перераспределения сжиженных газов развиваются по следующей схеме: разгерметизация того или иного оборудования (или его элемента), утечки, выброса паровой или жидкой фазы СУГ, образование паровоздушного облака, встреча с источником воспламенения, загорание или взрыв. Если'в начальный период аварии не удалось ее ликвидировать или взять под контроль и локализовать, то вероятно последующее неуправляемое, цепное (каскадное) развитие ситуации по принципу «доми-

но» с катастрофическими последствиями для персонала, сооружений ГНС, населения и сооружений примыкающей территории.

2. В развитии аварийных ситуаций можно условно выделить три фазы.

Фаза Л - период возникновения аварийной ситуации в пределах одного блока (резервуара, трубопровода, сооружения) с локальными воздействиями, но без угрозы цепного развития аварии. Фаза Б - угроза цепного развития аварии с вовлечением в процесс соседних объектов. Фаза В - переход в цепное, каскадное развитие аварии с разрушением всего емкостного оборудования, газопроводов с поражающим воздействием на людей и сооружения вне базы сжиженных газов.

3. Реальный уровень эксплуатационной надежности ГНС в любой промежуток времени формируется не только величиной конструктивной надежности данного технологического объекта, но и уровнем надежности человеческого фактора - инженерно-технического персонала, управляющего работой ГНС.

Краткий анализ причин и условий возникновения, развития и последствий аварийных ситуаций дал возможность определить конкретные мероприятия по организации безопасной эксплуатации современных ГНС, которые имеют между собой логическую связь, и фактически в совокупности образуют мониторинг безопасной эксплуатации ГНС (рис.2).

Надежность функционирования технологических объектов ГНС определяется не только прочностью и устойчивостью их конструктивных элементов, но и в определенной мере зависит от надежности, так называемого, человеческого фактора - знаний и производственных навыков персонала работников, непрерывно обслуживающих всю систему конструкций и оборудования ГНС.

Поэтому численное значение эксплуатационной надежности объектов ГНС должно определяться с учетом этих двух факторов. Вычисленное реальное значение уровня эксплуатационной надежности объектов ГНС дает возможность оценить вероятностную величину ущерба в денежном выражении для данного предприятия в случае аварии конструкций с учетом не только стоимости разрушенных объектов от возможных взрывов газа и пожара, но и потерь сжиженного газа,

убытков при ликвидации последствий аварий и от временного прерывания снабжения газом потребителя.

Рис.2. Мониторинг безопасной эксплуатации ГНС с заданной степенью риска

По численным значениям уровня эксплуатационной надежности технологических объектов и величин ущербов и определяется реальное значение риска аварии также в денежном выражении. Эта величина является решающим фактором

при выборе вариантов, обеспечивающих надежную и безопасную эксплуатацию ГНС: снижение величины эксплуатационной нагрузки до значения, при котором напряжения в конструкции не превосходят нормативных величин; вывод технологического объекта в капитальный ремонт.

В третьей главе «Методы и технические средства диагностирования элементов конструкции резервуаров и технологических трубопроводов ГНС» представлен анализ современных методов и технических средств неразрушающего контроля различных типов дефектов в элементах конструкций объектов ГНС. При этом рассматриваются: тепловая и магнитная дефектоскопия наземных объектов ГНС; электроиндуктивный метод обнаружения дефектов в стальных оболочках резервуаров и трубопроводов; акустические методы диагностирования, диагностирование насосных и компрессорных установок; контроль качества сварных соединений; правила проведения технического диагностирования объектов ГНС; оценка экономической эффективности контрольно-диагностических работ.

В соответствии со схемой мониторинга для обеспечения безопасной эксплуатации ГНС была обоснована структура и оснащение мобильной диагностической лаборатории, содержащей в своём составе современные и эффективные технические средства, как для контроля степени износа основного технологического оборудования ГНС, так и для несущей способности конструкций в области выявленных дефектов.

В четвертой главе «Методика и технические средства натурного измерения компонентов напряженно-деформированного состояния в дефектных областях оболочек трубопроводов и резервуаров ГНС» представлены результаты тензомет-рического и магнитоупругого способов измерения деформаций и напряжений в дефектных областях стальных оболочек на основе использования мобильной диагностической лаборатории и дана методика определения числовых показателей механических напряжений по результатам натурных измерений.

Для определения направления и величины компонентов главных деформаций в дефектной области оболочек используется в основном тензорезисторный метод. Тензорезисторы компонуются в виде розетки, смонтированной компактно вблизи

исследуемой точки конструкции. Поскольку тензорезистор, ориентированный под углом <р1 к оси у (где х, у - произвольно выбранные ортогональные оси), регистрирует суммарную деформацию

то для определения нормальных компонентов вх, £у и деформации сдвига достаточно в рассматриваемой точке произвести три таких измерения под некоторыми углами щ, щ фз и решить систему из трех уравнений типа (1).

Угол <р между осью у и направлением одной из главных осей деформаций

вычисляется по известной формуле Щ2<р=———.

Для определения компонентов главных деформаций полученное значение угла ср (и, соответственно ср +ж/2) подставляют в уравнение (1).

В прямоугольной розетке (р! = 0°; <р2 = 45° и срз = 90°. По измеренным компонентам ед, £ 45, £90 главные деформации вычисляются по формуле:

Угол между направлениями главной максимальной деформации и осью тен-зорезистора находят из выражения:

В упругой области работы материалов, составляющие деформаций, являются линейными функциями составляющих напряжений, а упругие характеристики одинаковы во всех точках тела и во всех направлениях, проведенных через данную точку. Для такого условно однородного и изотропного тела в плоской задаче зависимость между главными напряжениями и деформациями имеет наиболее простой вид:

= £х СО Б2 <РХ + £у + Уху <Р\ <Р\ ,

(1)

2^45 ~ Ср - %) е0 ~е90

где Е - модуль упругости, V - коэффициент Пуассона.

В результате магнитоупругого взаимодействия в материалах, имеющих положительную магнитную анизотропию (железо, все типы стали, кобальт), сжимающие внутренние напряжения уменьшают интенсивность шумового сигнала Баркхаузена, в то время как растягивающие внутренние напряжения увеличивают амплитуду шумового сигнала, что обеспечивает измерения величин механических напряжений в стальных конструкциях. Измерение шумового сигнала, кроме того, позволяет определить направление распределения главных напряжений в стальных конструкциях и их знак (растяжение или сжатие).

Другой важнейшей характеристикой стали, влияющей на амплитуду шумового сигнала Баркхаузена, является её металлургическая структура. Особенно отчетливо заметно уменьшение шумового сигнала Баркхаузена при изменении твердости стали: с увеличением твёрдости стали, амплитуда шумового сигнала Баркхаузена непрерывно уменьшается. В этом случае измерение величины амплитуды шумового сигнала несет информацию о состоянии микроструктуры материала.

Большое количество распространенных дефектов на поверхности стальных трубопроводов и резервуаров, таких как питтинговая коррозия, риски, задиры, плены, трещины, ненауглероженные области стали, и т.д., связаны с наличием в тестируемой области изменений, как величины внутреннего напряжения, так и микроструктуры стали, было предложено определять посредством метода измерения магнитоупругости.

Таким образом, варианты практического использования метода измерения величины шумового сигнала Баркхаузена при диагностике технического состояния строительных конструкций ГНС позволяют выполнить три группы технологических операций контроля состояния: сканирование пространственной формы дефектов в стенке трубопровода или резервуара с одновременным измерением, как величины внутренних напряжений, так и микроструктуры стали; оценку величины остаточных напряжений в области дефекта и контроль микроструктуры

стали; оценку изменения микроструктуры стали в области дефекта, при обеспечении достоверного контроля величины внутреннего напряжения.

В пятой главе «Методика оценки эксплуатационной надежности и риска эксплуатации объектов ГНС» представлена методика прогнозирования уровня эксплуатационной надежности основного оборудования ГНС по результатам измерения НДС конструкций в области дефекта; разработана математическая модель надежности человеческого фактора в системе функционирования ГНС, приведена методика оценки ущерба и риска аварии на ГНС и сформулированы практические мероприятия по повышению безопасности их эксплуатации.

Принято считать, что эксплуатационная надежность равна произведению надежности собственно конструкции (трубопровода, резервуара, насоса, компрессора и т.п.) Н на надежность применения (человеческие факторы) Яь(0.

нэ = н-я„(0.

В соответствии с современными представлениями методологии предельных состояний и теории надёжности за меру надёжности конструкции принимается вероятность не наступления ни одного из возможных предельных состояний в заданных условиях эксплуатации объектов ГНС.

Уровень конструктивной надежности объектов ГНС определяется так:

я = 1[1+аг (2)]+Цаг (г2

РоОХ

У-ту „

где: 2 --— - нормированная случайная величина, соответствующая слу-

оу

чайному совокупному фактору Г =• У1 - У2 > 0;

У/ «внутренний» фактор конструкции, характеризующий её несущую способность в области дефекта;

Г; - «внешний» фактор условий работы конструкции, определяющий фактически действующие нагрузки при их наиболее невыгодном сочетании и обуславливающий наиболее тяжёлые условия работы объекта ГНС;

оу = Щ и ту - среднеквадратическое отклонение и математическое ожидание совокупного фактора Г соответственно;

е 2 „ „

<р0(г) = - плотность нормального распределения случайной величины \2ж

г х~

П7(г) -. 2 |е 2 (¡х - интеграл вероятностей (функция Лапласа); т/2тг J О

Л г = и Еу - - 3 - асимметрия и эксцесс; а, а т

и р4!- - центральные моменты соответственно третьего и четвёртого порядка.

При этом должно соблюдаться условие: Н >Н0,

где Но - оптимальный уровень надёжности, обеспечивающий нормальную эксплуатацию объекта ГНС в течение заданного срока с заданной степенью риска (обеспеченности).

Для определения Но можно воспользоваться различными подходами. Первый подход основан на экономических соображениях, второй - на обобщении опыта строительства и эксплуатации технологических объектов ГНС.

В определении оптимального уровня надежности с экономической точки зрения для каждого вида отказа должен быть установлен убыток или ущерб, причиняемый этим отказом. Зная вероятность появления отказов, можно определить ожидаемую величину общего ущерба и в сочетании с первоначальной стоимостью конструкции найти оптимальные коэффициенты запаса и уровень надёжности. Такой подход получил значительное развитие в последнее время при проектировании строительных конструкций.

Обработка информации об успешно эксплуатируемых сооружениях позволила рекомендовать для очень ответственных конструкций, в которых хранятся и транспортируются взрывоопасные и пожароопасные продукты, начальный уровень оптимальной надёжности Нон = 0,999 и конечный уровень надёжности (к концу эксплуатационного периода) Нок = 0,99. Для сооружений массового строительства рекомендуется принимать Нон = 0,96-0,99.

Как известно, технологические объекты ГНС, в которых транспортируются и хранятся в большом количестве огнеопасные и взрывоопасные сжиженные газы могут функционировать в заданном безопасном для окружающей среды технологическом режиме только благодаря наличию такого основного звена, как человек.

Согласно статистическим данным, примерно 20 - 30% отказов на объектах ГНС прямо или косвенно связаны с ошибками человека. Надежность работы человека определяется как вероятность успешного выполнения поставленной задачи на заданном этапе функционирования объекта ГНС в течение заданного интервала времени при определенных требованиях к продолжительности выполнения работы.

Общее выражение для вычисления вероятности безошибочной работы человека то есть надежности его производственной деятельности на одном из объектов ГНС получено из решения дифференциального уравнения:

где: /(1) - частота появления ошибок по вине человека в момент времени I (этот показатель аналогичен интенсивности отказов 2(1) в классической теории надежности).

В результате его интегрирования по времени в интервале [0, (], сначала получаем

/ М<) .

!/«)<* = - I

о • 1 )

а затем при известном начальном условии, т.е. при t - 0, Я^Х) = 1, решение

этого интегрального уравнения принимает вид 1п (г) = -1/, откуда следу-

ет:

Д/,(0 = е »

Корректирующая способность работника ГНС есть вероятность того, что ошибка, допущенная им при выполнении задания, будет исправлена в течение

времени [ в условиях нагрузок и окружающей обстановки, соответствующих данному конкретному заданию. Другими словами, эта функция характеризует процесс исправления оператором собственных ошибок при эксплуатации объектов

-{СЯС)<Л

ГНС и может быть записана как С;,(7) = 1 - в " , где С'р/Ц - мгновенная частота исправления ошибок (величина её определяется тестированием, например, на тренажере).

Это уравнение справедливо как для постоянной, так и для мгновенной частоты исправления ошибок. Результаты эксперимента на тренажёрах показали, что в задачах, связанных с наблюдением и компенсационным слежением, время до момента исправления первой ошибки может быть хорошо описано логарифмически нормальным распределением.

Одним из основных методов анализа надежности работы оператора является построение дерева вероятностей. При использовании этого метода задается некоторая условная вероятность успешного или ошибочного выполнения человеком каждой важной операции либо вероятность появления соответствующего события. Исход каждого события изображается ветвями дерева вероятностей. Полная вероятность успешного выполнения определенной операции находится суммиро- -ванием соответствующих вероятностей в конечной точке пути успешных исходов на диаграмме дерева вероятностей. Этот метод с некоторыми уточнениями может учитывать такие факторы, как стресс, вызываемый нехваткой времени; эмоциональная нагрузка; нагрузка, определяемая необходимостью ответных действий, результатами взаимодействий и отказами оборудования.

Суммарный риск возможной аварии на ГНС с учетом технического и экологического ущерба определяется из выражения:

Д (0 = д, (0 + Д2 (?)=(1 - Я Э) • Р1 + «)

Величина ущерба из-за пожара или взрыва на территории ГНС от разрушения самой ГНС и окружающих её других промышленных предприятий составляет:

Щ ф]-тв + итех + иинф,

где: и3 - зарплата работников при отсутствии выпуска продукции, руб/час; Ц - цена выпускаемой предприятием продукции, руб/ед.прод.; С - себестоимость продукции, руб/ед.прод.; В - объем выработки продукции при нормальном функционировании производства, ед.прод./час; Тв - время восстановления последствий аварии до начала функционирования предприятия; и„,а - ущерб от разрушения технологического оборудования и стоимость восстановления технологического процесса; [/„„ф - ущерб от разрушения инфраструктуры и стоимость её восстановления.

Ущерб природным ресурсам при авариях на ГНС равен:

где: и0к - значение единицы ущерба окружающей среды к- го объекта;

Рк- площадь участка к - ой пострадавшей зоны.

к =1л

Лтш

1Е

где /я - время естественного очищения территории объекта (самоликвидация последствий аварии); /л - время локализации и ликвидации последствий аварии техническими средствами.

В этом же разделе рассматриваются две стратегии повышения безопасности ГНС. Первая из них предполагает принципиальное изменение конструкций резервуаров и технологических трубопроводов с учетом статистики отказов и внедрение прогрессивных технологий их промышленного изготовления с 100% контролем качества работ. Конструктивные новейшие решения в этой области проектирования и использование высококачественных сталей и других материалов должны способствовать повышению уровня безопасности объектов ГНС. К этой же стратегии относится ежегодное тестирование и повышение квалификации персонала, обслуживающего объекты ГНС.

Однако, применительно к конкретной площадке размещения ГНС с учетом конкретного рельефа территории, эффективным и надежным решением может оказаться создание системы специальных защитных сооружений, обеспечивающих локализацию и последующую ликвидацию последствий аварии. К таким техническим решениям относятся: железобетонные защитные стены, приемные траншеи, дамбы, резервные котлованы и им подобные. Очевидна необходимость совместного применения обоих стратегических подходов для обеспечения безопасной эксплуатации объектов ГНС.

Можно добиться снижения вероятности возникновения аварии и величины ущерба от аварии на ГНС путём: использование надежной техники и безопасных технологий; грамотным руководством; правильными действиями в чрезвычайных ситуациях. Поэтому организационно-технические меры предупреждения аварийности и повышения безопасности ГНС должны состоять из мероприятий по совершенствованию: технологий и технических систем с целью снизить до минимума участие человека в производственном процессе; систем организации управления с целью обеспечения оперативных и безопасных технологий работы со сжиженными газами; действий в чрезвычайных ситуациях с целью подготовки персонала ГНС и сторонних организаций к совместным действиям по локализации и ликвидации аварийной ситуации.

Выводы

¡.Анализ причин возникновения и сценарии развития аварий на отдельных объектах ГНС с оценкой результатов воздействия на человека и конструкции тепловых и взрывных волн на основе разработанных алгоритмов дали возможность установить:

а) при взрывах газовоздушной смеси в резервуарах и трубопроводах ГНС возникает детонация, при которой скорость распространения пламени может превысить скорость распространения звука с мгновенным повышением давления до 10 МПа и действием ударных волн в воспламеняющейся среде.

б) аварии на ГНС могут протекать как с минимальным ущербом для человека и конструкций, так и с возникновением бесконтрольных и неуправляемых цепных взрывов, огненных шаров и зон сплошных пожаров;

в) убойная сила осколков при взрыве газовых смесей в замкнутых оболочках резервуаров или трубопроводов зависит не только от скорости детонации, которая растет с увеличением избыточного внутреннего давления газа, но и от геометрической формы оболочки.

2. Определены особо опасные участки на ГНС, которыми являются: желез-нодорожно-сливная эстакада по приему железнодорожных цистерн с сжиженным газом; резервуарный парк хранения сжиженных газов; насосно-компрессорный цех для перекачки сжиженных газов из цистерн в емкости резервуарного парка с последующей подачей газа к цехам и участкам предприятия; баллоно- наполнительный цех по заправке баллонов потребителя, сливу остатков из баллонов, их дегазации и ремонта; газовые колонки по заправке автоцистерн; АГЗС для заправки газобаллонных автомашин государственного и частного автотранспорта; котельная.

3. Для обеспечения безопасной эксплуатации ГНС предложено осуществлять постоянный контроль технического состояния наземных объектов с помощью мобильной диагностической лаборатории, содержащей в своём составе современные и эффективные технические средства как диагностирования степени износа основного технологического оборудования, так и несущей способности конструкций в области сканированных дефектов. Определены наиболее эффективные способы натурных измерений механических напряжений и деформаций в дефектных областях конструкций, которыми являются тензометрический и магнитоуп-ругий, основанный на регистрации энергетического спектра шумов Баркхаузена с частотой колебаний до 250 кГц.

4. Показано, что степень ущерба и риска аварии на ГНС в денежном выражении должна определяеться не только с учетом реального уровня конструктивной надежности технологических объектов в области дефекта, но и уровнем профес-

сионально- технических знаний и навыков персонала, обслуживающего эти ответственные инженерные сооружения.

5. Разработаны практические рекомендации по созданию системы мониторинга и ликвидации случайных проливов и утечек сжиженного газа, основанной на строгом соблюдении технологического процесса работы всех технологических объектов ГНС, на системе организационно-технических мероприятий предупреждения аварийности и повышения безопасности, снижающей вероятность возникновения аварии и размер возможного ущерба от аварии.

Основные результаты работы представлены в следующих публикациях:

1.Осипенко Ю.Г., Шутов В.Е. Методика оценки поражающего воздействия на людей тепловой радиации при пожаре на газонаполнительных станциях. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Научно-технический сборник № 1 .Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт. М. 2001. С. 45-51.

2.Осипенко Ю.Г. Практические мероприятия повышения безопасной эксплуатации газонаполнительных станций РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Научно-технический сборник № 1. Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт. М. 2003. С. 3-11.

3. Осипенко Ю.Г., Шутов В.Е. Поражающее действие взрыва сжиженного углеводородного газа при возможной аварии на ГНС. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Научно-технический сборник № 3.Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт. М. 2001. С.59-64.

4. Осипенко Ю.Г. Мониторинг безопасной эксплуатации газонаполнительных станций на основе анализа и отказов технологических объектов. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Научно-технический сборник № 4. Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт. М. 2001. С. 22-30.

5. Осипенко Ю.Г., Шутов В.Е., Бабусенко В.Н. Магнитоупругий метод измерения напряжений в дефектных областях объектов газонаполнительных станций.

РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Научно-технический сборник № 1. Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт. М. 2002. С. 3-10.

6. Осипенко Ю.Г., Шутов В.Е., Бабусенко В.Н. Определение числовых показателей механических напряжений по результатам их сканирования в дефектных областях стальных конструкций газонаполнительных станций. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Научно-технический сборник № 2. Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт. М. 2002. С. 3-4.

Издательство ООО "МАКС Пресс". Лицензия ИД № 00510 от 01.12.99 г. Подписано к печати 15.10.2003 г. Формат 60x90 1/16. Усл.печ.л. 1,75. Тираж 100 экз. Заказ 814. Тел. 939-3890, 939-3891,928-1042. Тел./факс 939-3891. 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В.Ломоносова.

I \

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Осипенко, Юрий Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ НА ГНС.

1.1. Краткая характеристика агрессивных свойств сжиженных газов, влияющих на безопасность эксплуатации ГНС и здоровье людей.

1.2. Технологические объекты ГНС.

1.3. Анализ основных технологических операций, выполняемых на ГНС.

Глава 2. АНАЛИЗ АВАРИЙ И ОТКАЗОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ГНС И СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИХ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

2.1. Статистический анализ аварий и отказов на ГНС.

2.2. Статистический анализ дефектов в основном технологическом оборудовании ГНС.

2.3. Анализ условий возникновения и развития аварий на ГНС.

2.4. Методика оценки поражающего воздействия на человека тепловой радиации и взрывной волны при аварийных ситуациях на технологических объектах ГНС.

2.4.1. Поражающее действие тепловой радиации при сгорании углеводородов.

2.4.2 Поражающее действие осколков от взрыва газа в стальных оболочках резервуаров и трубопроводов.

2.5. Мониторинг безопасной эксплуатации ГНС.

Глава 3. МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ РЕЗЕРВУАРОВ И

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ ГНС.

3.1 .Тепловая дефектоскопия.

3.2. Магнитная дефектоскопия.

3.3. Электроиндуктивный метод обнаружения дефектов в стальных оболочках резервуаров и трубопроводов.

3.4. Акустические методы диагностирования.

3.5. Диагностирование насосных и компрессорных установок, контроль сварных соединений.

3.6.Правила проведения технического диагностирования объектов ГНС.

3.7. Оценка экономической эффективности контрольно-диагностических работ.

Глава 4. МЕТОДИКА И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА НАТУРНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В ДЕФЕКТНЫХ ОБЛАСТЯХ

ОБОЛОЧЕК ТРУБОПРОВОДОВ И РЕЗЕРВУАРОВ ГНС.

4.1. Тензометрический способ измерения деформаций и напряжений в дефектных областях трубопроводов и резервуаров . 84 4.2. Магнитоупругий метод измерения величин механических напряжений в дефектных областях стальных конструкций

4.3.Определение числовых показателей механических напряжений по результатам натурных измерений.

Глава 5. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ И РИСКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТОВ ГНС.

5.1. Прогнозирование уровня эксплуатационной надежности основного оборудования ГНС

5.1.1. Методика определения уровня конструктивной надежности объектов ГНС.

5.1.2. Функциональная зависимость между уровнем надёжности и коэффициентом запаса

5.1.3. Определение оптимального уровня надежности конструкций ГНС по критерию минимальных затрат с заданной степенью риска.

5.2. Надежность человеческого фактора в системе функционирования ГНС

5.2.1. Надёжность работы и ошибки человека.

5.2.2. Зависимость эффективности работы человека от уровня нагрузок.

5.2.3. Характер ошибок человека.

5.2.4. Виды ошибок человека.

5.2.5. Причины ошибок человека.

5.2.6. Банки данных об ошибках человека.

5.2.7. Функция надёжности работы человека в непрерывной временной области.

5.2.8. Показатели надежности человека при выполнении заданий в непрерывном времени.

5.2.9. Экспериментальная проверка модели надежности человека в непрерывном времени.

5.2.10. Функция корректирующей способности человека в непрерывной временной области.

5.2.11. Методология прогнозирования ошибок человека.

5.2.12. Дерево вероятностей.

5.2.13. Задачи анализа надежности диспетчера распределительных систем снабжения потребителей сжиженным газом

5.3. Методика оценки ущерба и риска аварии на ГНС.

5.4. Практические мероприятия по повышению безопасности эксплуатации ГНС.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Мониторинг безопасной эксплуатации газонаполнительных станций с заданной степенью риска"

Газонаполнительная станция (ГНС) является базой системы снабжения потребителей сжиженными углеводородными газами. Она предназначена для выполнения работ по снабжению сжиженным углеводородным газом: коммунально-бытовых и промышленных предприятий, сельскохозяйственных предприятий, государственного и частного автотранспорта. На ГНС осуществляют прием сжиженного газа, переливание его в резервуары - хранилища и наполнение баллонов и автоцистерн. В баллонах газ доставляют непосредственно потребителям, а в автоцистернах - к резервуарным установкам жилых зданий, промышленных и сельскохозяйственных потребителей, а также на автозаправочные станции.

Пик строительства и ввода в эксплуатацию ГНС падает на 1960 -1970 г, когда в нашей стране происходила широкая газификация бытовых и коммунальных потребителей. В городах она начиналась в 1958 г, а в сельской местности - в 1962 г. В 1980 г. число газифицированных квартир превысило 40 млн., из них 18 млн. квартир использовали природный газ и 22 млн. квартир - сжиженный [1]. Использование природного и сжиженного газов для промышленных и бытовых нужд позволило не только повысить объёмы и качество выпускаемой продукции, поднять производительность и улучшить условия труда, но и значительно оздоровить воздушные бассейны, улучшить санитарно-гигиенические условия людей, защитить от загазованности и запыленности окружающую среду.

Но за годы эксплуатации существенно износился основной фонд ГНС и в настоящее время их техническое состояние никак нельзя назвать благополучным. Статистика закономерно связывает аварийные ситуации на ГНС с их "возрастом". Об этом свидетельствует значительное число аварий и их тяжесть, а также возникновение в стальных конструкциях ГНС многочисленных свищей и трещин, которые приходится оперативно ремонтировать.

К 2002 году доля ГНС, эксплуатирующихся в нашей стране более 35 лет составила 42%. Значительный «возраст» ГНС объективно связан с увеличением риска аварий и отказов при эксплуатации. Эксплуатация таких ГНС связана с утечками взрывоопасных, пожароопасных и вредных для человеческого организма сжиженных газов, со значительными затратами на поддержание оборудования в рабочем состоянии, включая дорогостоящие работы по диагностике и ремонту основного технологического оборудования. К этим затратам необходимо добавить капитальные вложения, связанные с ликви-дациями последствий аварий.

Вместе с тем объективное веление настоящего времени после перестройки хозяйственного механизма в нашей стране вынуждает решать проблему по продлению лицензионных сроков эксплуатации ГНС с уменьшением капитальных затрат на ремонт.

В этой ситуации чрезвычайно важно иметь представление о реальном техническом состоянии эксплуатирующихся технологических объектов ГНС, например, по результатам диагностического обследования, чтобы оперативно принять меры по восстановлению технического ресурса этих ответственных инженерных сооружений и обеспечить безопасную их эксплуатацию. Вот почему тематика, посвященная организации безопасной эксплуатации газонаполнительных станций на основе анализа их работоспособности и надежности является в настоящее время весьма актуальной и приоритетной.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Осипенко, Юрий Григорьевич

151 ВЫВОДЫ

1 .Анализ причин возникновения и сценарии развития аварий на отдельных объектах ГНС с оценкой результатов воздействия на человека и конструкции тепловых и взрывных волн на основе разработанных алгоритмов дали возможность установить: а) при взрывах газовоздушной смеси в резервуарах и трубопроводах ГНС возникает детонация, при которой скорость распространения пламени может превысить скорость распространения звука с мгновенным повышения давления до 10 МПа и действием ударных волн в воспламеняющейся среде. б) аварии на ГНС могут протекать как с минимальным ущербом для человека и конструкций, так и с возникновением бесконтрольных и неуправляемых цепных взрывов, огненных шаров и зон сплошных пожаров; в) убойная сила осколков при взрыве газовых смесей в замкнутых оболочках резервуаров или трубопроводов зависит не только от скорости детонации, которая растет с увеличением избыточного внутреннего давления газа, но и от геометрической формы оболочки.

2. Определены особо опасные участки на ГНС, которыми являются: же-лезнодорожно-сливная эстакада по приему железнодорожных цистерн с сжиженным газом; резервуарный парк хранения сжиженных газов; насосно-компрессорный цех для перекачки сжиженных газов из цистерн в емкости ре-зервуарного парка с последующей подачей газа к цехам и участкам предприятия; баллоно- наполнительный цех по заправке баллонов потребителя, сливу остатков из баллонов, их дегазации и ремонта; газовые колонки по заправке автоцистерн; АГНС для заправки газобаллонных автомашин государственного и частного автотранспорта; котельная.

3. Для обеспечения безопасной эксплуатации ГНС предложено осуществлять постоянный контроль технического состояния наземных объектов с помощью мобильной диагностической лаборатории, содержащей в своём составе современные и эффективные технические средства как диагностирования степени износа основного технологического оборудования, так и несущей способности конструкций в области сканированных дефектов. Определены наиболее эффективные способы натурных измерений механических напряжений и деформаций в дефектных областях конструкций, которыми являются тензометрический и магнитоупругий, основанный на регистрации энергетического спектра шумов Баркхаузена с частотой колебаний до 250 кГц.

4. Показано, что степень ущерба и риска аварии на ГНС в денежном выражении должна определяется не только с учетом реального уровня конструктивной надежности технологических объектов в области дефекта, но и уровнем профессионально-технических знаний и навыков персонала, обслуживающего эти ответственные инженерные сооружения.

153

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Осипенко, Юрий Григорьевич, Москва

1. Бобровский С. А., Яковлев Е. И. Газовые сети и газохранилища. М., «Недра», 1980,413 с.

2. Иванцов О. М. «Хранение сжиженных углеводородных газов», М., «Недра», 1973, 224 с.

3. Ионин А. А. Газоснабжение: Учебник для вузов. 3-е изд., М.: Строй-издат, 1981. 415с.

4. Вешицкий В.А, Гофман-Захаров П.М. Зарубежный опыт слива и налива сжиженных газов." Нефтяная и газовая промышленность" № 4. 1962 г.

5. Амальзик П. Новый метод опорожнения цистерн со сжиженным газом. Перевод 62/52046. 1958 г.

6. Клименко А.П. "Сжиженные углеводородные газы". Гостоптехиздат 1962 г.

7. Н.И. Преображенский "Газораздаточные станции сжиженных газов". М., Недра, 1967 г.

8. Сжиженные углеводородные газы. Труды МИНХ и ГП им. академика И.М.Губкина. Выпуск 6. под редакцией Н.И.Рябцева. М: «Недра» 1967 г.

9. Елкин В.Г. "Устройство и эксплуатация установок и газораздаточных станций сжиженного газа". Стройиздат 1967 г.

10. Рябцев Н.И. "Разработка рациональных схем слива и налива сжиженных углеводородных газов". МИНХ и ГП. Отчет 23 64 выпуск 1965 г.

11. Рябцев Н.И. "Разработка испарительно-инжекторного способа слива и налива сжиженных углеводородных газов" МИНХ и ГП. .Отчет 3/23 65. Выпуск 1966 и 1967 г.г.

12. Рябцев Н.И., Зуев A.M. "Применение газовых компрессоров для отсасывания остаточных паров из резервуаров сжиженного углеводородного газа". Газовое дело № 12.1968 г.

13. Волгина Н.И., Сергеева Т.К. Остаточные напряжения и сопротивление стресс-коррозии металла прямошовных и спиральношовных труб. Семинар по коррозионному растрескиванию трубопроводов под напряжением. -М.: ИРЦ Газпром, 1999, с. 103-115.

14. Методика определения остаточного ресурса трубопроводов с дефектами, определяемыми внутритрубными инспекционными снарядами, М.: АК "ТРАНСНЕФТЬ", 1994.- 36 с.

15. Курочкин В.В. Прогнозирование ресурса и капитального ремонта магистрального нефтепровода. Диссертация к.т.н., М. 2000. 111с.

16. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П. и др. Физика взрыва М., Наука, 1975.

17. Бейкер У., Кокс П., Уэстайн П. и др. Взрывные явления. Оценка и последствия. Кн. 1, 2. М., Мир, 1986.

18. Коробейников В.П. Задачи теории точечного взрыва в газах. М., Наука, 1973.

19. Pietersen С.М. Consequences of accidental releases of hazardous material. J.Loss Prev.Process Ind., 1990, vol.3, January.

20. Зукас Д.А. Проникание и пробивание твердых тел. В кн. Динамика удара. М., Мир, 1985.

21. Коробейников В.П., Чушкин П.И., Шароватова К.В. Таблицы газодинамических функций начальной стадии точечного взрыва. М., ВЦ АН СССР, 1963.

22. Газодинамические функции точечного взрыва. М., ВЦ АН СССР, 1969.

23. Фендриков Н.М., Яковлев В.И. Методы расчетов боевой эффективности вооружения. М., Воениздат, 1971.

24. Юхансон К., Персон П. Детонация взрывчатых веществ. М., Мир, 1973.

25. Харрис С.М., Крид Ч.И. Справочник по ударным нагрузкам. JL, Судостроение, 1980.

26. Технические средства диагностирования: Справочник/В .В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1989. 672 с.

27. РД 03-131-97 «Сосуды, аппараты, котлы и технологические продукто-проводы. Акустико-эмиссионный метод контроля. Руководящий документ».

28. РД 03131-97 «Сосуды, аппараты, котлы и технологические трубопроводы». Акустико-эмиссионный метод контроля и методические рекомендации по АЭ контролю сосудов, работающих под давлением и трубопроводов нефтехимических производств MP 38.18.015-94.

29. ГОСТ 7512-82. Радиографический контроль.

30. ГОСТ 14782-86. Ультразвуковой контроль.

31. СНиП 3.05.02-88. Газоснабжение.

32. РД 34.17.439-96. Методические указания по диагностированию и продлению срока службы сосудов, работающих под давлением с целью выявления внутренних дефектов (трещин, непроваров, пор, шлаковых включений и т.д.) в сварных соединениях.

33. Испытание материалов. Справочник. Под ред. X. Блюменауэра. Пер. с нем. 1979 г. 448 с.

34. Vocke, W., Ullmann K. Experimentalle Dehnumgsanalyse. Leipzig, VEB Fachbuchverlag, 1974.

35. Speer, S. Exsperimentalle Spannungsanalyse: Leipzig: B. S. Teubner Ver-lagsgesellschaft, 1971.

36. Okerblom, N. O. Schweifispannungen in Metallkonstruktionen, Halle, VEB Carl Marhold Verlag, 1959.

37. Тимошенко С.П. Пластинки и оболочки, М.: «Наука», 1966, с. 635.

38. Schroder К. Beilrage zur Spannungs und Dehnungsananalyse, Berlin, Akademie Verlag, 1965.

39. Fink K., Rohrbach C. Handbueh der Spannungs — und Dehnungsmes-sung. Dusseldorf: VDI—Verlag GmbH, 1958.

40. Подзея А. В. Технологические остаточные напряжения. M.: «Машиностроение». 1973.

41. Peiter A. Eigenspannungen I. Art. Dusseldorf, Michael Trittsch Verlag, 1966.

42. Ржаницын A.P. Теория расчета строительных конструкций на надежность.- М.: Стройиздат, 1978.- 239с.

43. Ройтман А.Г. Надежность конструкций эксплуатируемых зданий. -М.: Стройиздат, 1985. 175 с.

44. ГОСТ 27.503-81* (СТ СЭВ 2836-81). Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности. -М.: Изд-во стандартов, 1982. 55 с.

45. Стрелецкий Н.С. Основы статистического учета коэффициентов запаса прочности сооружений. — М.: Стройиздат, 1947. 95 с.

46. Шор Я.Б., Кузьмин Ф.И. Таблицы для анализа и контроля надежности. М.: Советское радио, 1968. — 284 с.

47. Расчет строительных конструкций по предельным состояниям (под ред. В.М. Келдыша), М.: Госстройиздат, 1951.

48. Ржаницын А.Р. Статистическое обоснование расчетных коэффициентов. Материалы к теории расчета по предельным состояниям, вып. 2, М.: Стройиздат, 1949.

49. Стрелецкий Н.С. К вопросу общего коэффициента безопасности. «Проект и стандарт», № 10, 1935.

50. Стрелецкий Н.С. К вопросу развития методики расчета по предельным состояниям, М.: Стройиздат, 1966.

51. Стрелецкий Н.С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений, М.: Стройиздат, 1947.

52. Хоциалов Н.Ф. Запасы прочности, «Строительная промышленность», № 10, 1929.

53. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надёжности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1971.

54. Надежность и долговечность строительных конструкций (под ред. Пшеничкина А.П.), Волгоград, 1974.

55. Проблемы надёжности в строительном проектировании. Материалы НТК, Свердловск, 1972.

56. Рекомендации по оценке надёжности строительных конструкций (разработаны С.А. Тимашевым), Свердловск, 1974.

57. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчётах сооружений.М.: Стройиздат, 1982.

58. Герхард Шпете Надежность несущих строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1994.

59. Ржаницын А.Р. Определение характеристики безопасности и коэффициента запаса из экономических соображений. В сб. «Вопросы теории пластичности и прочности строительных конструкций», М.: Стройиздат, 1961.

60. Williams Н. L. Reliability Evaluation of the Human Component in Man-Machine Systems, Electrical Manufacturing, April 1958.

61. Meister D. The Problem of Human-Initiated Failures, Eighth National Symposium on Reliability and Quality Control, 1962.

62. Hagen E. W., Editor, Human Reliability Analysis, Nucl. Safety, 17, 315 -326(1976).

63. Munger S. J. et al., Smith R. W., Payne D. An Index of Electronic Equipment Operability: Data Store, Report AIR-C43-1/62-RP (1), American Institute for Research, Pittsburg, PA, January 1962.

64. Swain A. D. Development of a Human Error Rate Data Bank, Proceedings US Navy Human Reliability Workshop, NAVSHIPS 0967-412-4010, February 1977.

65. Urmston R. Operational Performance Recording and Evaluation Data System (OPREDS) Descriptive Brochures, Code 3400, NAVY Electronics Laboratory Center, San Diego, CA, November 1971.

66. Dalkey N. Helmer F. An Experimental Application of the DELPHI Method to the Use of Experts, Manag. Set, 9, 458 467 (1963).

67. Larsen O. A., Sander S. I. Development of Unit Performance Effectiveness Measures Using DELPHI Procedures, NPRDC-TR-76-12, Navy Research and Development Center, San Diego, С A, September 1975.

68. Regulinski T. L., Askren W. B. Mathematical Modeling of Human Performance Reliability, Proceedings of Annual Symposium on Reliability, 1969.

69. Swain A. D. Shortcuts in Human Reliability Analysis, Generic Techniques in Systems Reliability Assessment, Noordhoff, Leyden, 1974.

70. Reactor Safety Report, WASH, 1400, Apx III and IV, NTIS, Sprinfield, IL, 1975.

71. Reactor Safety Report, WASH, 1400, Apx III and IV, NTIS, Sprinfield, IL, 1975.

72. Pa trie R. I. Stability and diversity.—Proc. Nat. Acad. Sci. Phyladelphia, 1949, vol. 101, N2.

73. Stalling D. L., Mayer F. L. Jr. Toxicities of PCB's to fish and environmental residues.— Environ. Health Perspectives, 1972, vol. l,p. 159—164.

74. WestermarkT. Mercury monitoring in Sweden international problems in environmental monitoring.— In: A Bellagio Conf., 16—18 Feb. 1977. Rockefeller Found., Aug. 1977. p. 89—104.

75. Veith G. D. Recent fluctuations of chlorobiphenyls (PCB's) in the Green Bay, Wisconsin, region.— Environ. Health Perspectives, 1972, vol. 1, p. 51—54.

76. Dhillon B. S. New Hazard Rate Functions, Microelectron. Reliab., 1978.

Информация о работе

Осипенко, Юрий Григорьевич
кандидата технических наук
Москва, 2003
ВАК 25.00.19

Диссертация

Мониторинг безопасной эксплуатации газонаполнительных станций с заданной степенью риска - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы