Методы анализа и способы минимизации технологических и технических рисков энергопредприятия

УДК 338.32

А. Д. Сухова, Е. Н. Елизарьева

МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СПОСОБЫ МИНИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ РИСКОВ ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЯ

Дата поступления: 24.04.17 Решение о публикации: 10.05.17

Аннотация

Цель: Определение точной количественной оценки рисков. Предприятия ТЭК - это сфера высоких рисков, которые могут создать катастрофы техногенного характера, различные аварии, угрозы жизни людей и окружающей среде. Кроме того, энергетическая отрасль России характеризуется высокой сложностью и социальной ответственностью. Ее особенностью является то, что не всегда возможно заранее дать точную количественную оценку рискам, кроме того, методы определения ее степени еще не отработаны. В связи с этим возникают трудности в сфере минимизации рисков и оценки затрат на управление ими. Современной тенденцией совершенствования действующего законодательства в области промышленной безопасности и практики контрольно-надзорной деятельности Ростех-надзора является внедрение риск-ориентированного подхода, основанного на методологии анализа риска, что позволяет оптимизировать методы и частоту проверок со стороны регуляторов с учетом степени риска контролируемых объектов. Методы: Анализ риска (аварии) реализуется в виде определенного научного обоснования, сформулированного на основе использования качественного и количественного анализов потенциальной вероятности возникновения аварии, последствий от ее реализации и выявления наиболее уязвимых мест в технической системе или комплексе. В данной статье с помощью метода дерева отказов проведена идентификация опасностей и оценка риска разгерметизации газопровода высокого давления - одного из событий, возможного при функционировании энергопредприятия. Результаты: На основе анализа рисков предложена замена сальниковой арматуры на сильфонную, которая характеризуется оптимальным соотношением надежности, стоимости и уровня сложности установки. При продолжении функционирования объекта с сальниковой арматурой рекомендовано усилить контроль за производственным процессом с помощью средств нахождения утечек газа и автоматической блокировки. Практическая значимость: Предложенные мероприятия позволят минимизировать риск разгерметизации газопровода.

Ключевые слова: Риск-ориентированный подход, дерево отказов, идентификация опасностей, оценка риска, разгерметизация трубопровода, сильфонная арматура

Aleksandra D. Sukhova, graduate student, sasha-tigra@mail.ru (Ufa State Petroleum Technological University); *Elena N. Elizareva, Ph. D. Eng., A/Prof., elizareva_en@mail.ru (Bashkir State University) METHODS FOR ANALYSIS OF AND WAYS TO MINIMIZE ENERGY PROVIDERS' TECHNOLOGY AND TECHNICAL RISKS

Summary

Objective: Identifying an accurate quantitative risk assessment. FEC (Fuel and Energy Complex) plants are a high-risk area as they may cause manmade disasters, various accidents, pose a threat to human life and environment. In addition, the Russian energy industry is noted for its high complexity and social responsibility. Its specific feature is that it is not always possible to make an accurate quantitative risk assessment reasonably in advance and its degree determination methods are not well enough developed. In view of the above, there are some difficulties in minimizing the risks and estimating risk management costs. There has been a recent trend in improved current legislation on industrial safety and Rostechnadzor (Federal Environmental, Industrial and Nuclear Supervision Service of Russia) oversight and supervision activity practice toward implementing a risk-based approach using the risk analysis methods. It allows optimizing the methods and frequency of inspections made by regulatory bodies depending on the risk level of facilities supervised. Methods: The (accident) risk analysis is performed as a certain scientific justification set forth using qualitative and quantitative analysis of a potential accident likelihood, consequences of its occurrence, and identification of the weakest points in the engineering system or complex. Using fault tree analysis, this article identifies hazards and assesses the high-pressure gas pipeline loss of containment risk, one of the events possible for an energy provider in operation. Results: Based on the risk analysis, there has been a proposal to replace gland seal valves with bellows seal valves noted for their optimum relationship between the unit reliability, cost and sophistication level. In case the facilities with gland seal valves remain in operation, improved production process monitoring is recommended using gas leak detectors and automatic interlocking devices. Practical importance: The measures proposed will allow minimizing the gas pipeline loss of containment risk.

Keywords: Risk-based approach, fault tree, hazard identification, risk assessment, pipeline loss of containment, bellows seal valves

Российская электроэнергетика функционирует в условиях переходного периода с 2003 г., что является причиной развития разнообразных видов рисков, таких как изменения в нормативной базе, возникновение аварийных ситуаций, варьирование цены и структуры поставки первичных энергоносителей, рост неплатежей потребителей и контрагентов, нестабильность общей экономической ситуации [1].

Особенность электроэнергетической отрасли России заключается в том, что не всегда возможно заранее дать точную количественную оценку рискам, кроме того, методы определения ее степени еще не отработаны. В связи с этим появляются трудности в сфере минимизации рисков и оценки затрат на управление ими [2]. Основные причины возникновения внешних и внутренних рисков энергетических предприятий представлены в таблице.

К основным задачам системы промышленной безопасности относится минимизация технологических и технических рисков. Рассмотрим их подробнее.

Технологические риски, выражающиеся в случайных или преднамеренных сбоях в работе оборудования, обусловлены спецификой производства и передачи продукции [4]. Причинами их возникновения могут быть невер-

Внутренние риски Внешние риски

СТРАТЕГИЧЕСКИЕ: разработка и воплощение неверных бизнес-решений, неспособность управленческого аппарата принимать правильные решения с учетом изменений внешних факторов ПОЛИТИЧЕСКИЕ: политическая нестабильность, изменение таможенной политики, риск географической нестабильности и государственного неподчинения обязательствам

ОПЕРАЦИОННЫЕ: возникновение отклонений в информационных системах и системах внутреннего контроля; риски связаны с ошибками людей, наличием недостаточных систем контроля РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ: риски тарифного и экологического регулирования; регулирования в области безопасности; специфические налоговые риски; риски антимонопольного регулирования

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ: непреднамеренные сбои в работе, неверный выбор технологического оборудования, нарушения технологических процессов, нерегулярные профилактика и ремонт оборудования, потери в результате сбоев и поломок РЫНОЧНЫЕ: риск недополучения прибыли, риск изменения стоимости капитала, риск влияния крупных транзакций на параметры рынка, финансово-экономические, изменение конъюнктуры рынка, цен на топливо и т. д.

ный выбор технологического оборудования, ошибки при проектировании, неграмотное управление техническим персоналом и др. Незначительные нарушения технологических процессов могут повлечь за собой аварии различной степени тяжести вплоть до человеческих жертв и экологических катастроф. Уменьшить влияние данного вида рисков возможно с помощью осуществления мер безопасности использования технологического оборудования, своевременного ремонта неисправного оборудования и т. д. [5].

Технические риски определяются степенью организации производства, проведением превентивных мероприятий, таких как регулярная профилактика и ремонт оборудования, и проявляются в виде угрозы отказов оборудования, перерывов в подаче энергии потребителям, снижении технической надежности электро- и теплоснабжения [6]. Эти риски классифицируются по степени вероятности потерь вследствие:

- отрицательных результатов научно-исследовательских работ;

- недостижения запланированных технических параметров в ходе конструкторских и технологических разработок;

- низких технологических возможностей производства, что не позволяет освоить результаты новых разработок;

- возникновения при использовании новых технологий и продуктов побочных или отсроченных во времени проявления проблем;

- поломок оборудования и т. д.

Современной тенденцией совершенствования действующего законодательства в области промышленной безопасности и практики контрольно-надзорной деятельности Ростехнадзора является внедрение риск-ориентированного подхода, основанного на методологии анализа риска. Это позволяет оптимизировать методы и частоту проверок со стороны регуляторов с учетом степени риска контролируемых объектов. В рамках реализации риск-ориентированного подхода предлагаются разработка и внедрение Комплексной системы риск-ориентированного предупреждения и прогнозирования угроз промышленных аварий [7].

Внедряемый в настоящее время риск-ориентированный подход - это во многом современный инструмент выявления и оценки опасности. Зная меру опасности аварий на опасных производственных объектах (ОПО) и учитывая общее состояние культуры безопасности в стране, можно оптимизировать взаимодополняющие «внутренний» производственный контроль и «внешний» государственный надзор за исполнением требований промышленной безопасности.

В целом безопасность различных ОПО на территории России обеспечивается путем системной реализации следующих положений: непосредственного анализа риска аварий той или иной природы и практического реагирования на чрезвычайные ситуации.

Анализ риска аварии реализуется в виде определенного научного обоснования, сформулированного на основе применения качественного и количественного анализов потенциальной вероятности возникновения аварии, последствий от ее реализации и выявления наиболее уязвимых мест в технической системе или комплексе [8].

Использование количественного метода анализа риска аварии предусматривает, что основные его результаты будут получены путем расчета различных показателей опасностей и риска. Качественный метод анализа риска аварии предусматривает получение результатов описательного характера (текстовые документы, диаграммы, таблицы, экспертные оценки) [9].

Рассмотрим пример анализа риска разгерметизации наружного газопровода высокого давления с помощью метода дерева отказов, который сочетает в себе качественный и количественный подходы (рисунок).

Дерево отказов (аварий, происшествий, последствий, нежелательных событий и пр.) лежит в основе логико-вероятностной модели причинно-следственных связей отказов системы с отказами ее элементов и другими событиями [10]. При анализе возникновения отказа дерево отказов состоит из последовательностей и комбинаций нарушений и неисправностей, и таким образом оно представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, полученных в результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке, для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения.

Дерево отказов разгерметизации наружного газопровода высокого давления

В этом способе реализован дедуктивный метод (причины-следствия), что позволяет найти корневые причины событий для статичных систем, так как дает наглядную и подробную схему взаимосвязей элементов инфраструктуры и событий, влияющих на их надежность.

Главное преимущество дерева отказов (по сравнению с другими методами) заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии [11].

Как следует из анализа дерева отказов, одной из начальных причин критического события служит износ сальников с вероятностью 6 10-6 [12]. Сальниковое уплотнение, ввиду простоты своей конструкции, является одним из самых распространенных и давно известных уплотнительных устройств.

Назначение сальника состоит в том, чтобы не допустить или уменьшить пропуск рабочей среды в атмосферу через кольцевую щель, которая образуется при работе между подвижными деталями арматуры. Материал сальниковой набивки должен обеспечивать герметичность и не вызывать коррозии поверхности шпинделя, соприкасающейся с набивкой.

В сальниковой арматуре герметичность соединения крышки с подвижной деталью затвора обеспечивается сальниковым устройством. Его суть заключается в том, что на внешней стороне крышки или корпуса в том месте, где через них проходит шток или шпиндель, создается сальниковая камера, в которую укладывается уплотнительный материал - сальниковая набивка. При помощи специальных устройств набивка поджимается вдоль оси шпинделя (штока), упираясь в стенки сальниковой камеры, и уплотняется. Таким образом создается герметичность и рабочая среда не проникает за пределы корпуса. В арматуре малых диаметров поджатие набивки производится накидной гайкой, больших - специальной деталью - сальником при помощи двух откидных или анкерных болтов с гайками [13].

Учитывая то, что к причинам возникновения аварий, согласно дереву отказов, относится возможный износ сальников, рассмотрим возможность замены сальникового уплотнителя на бессальниковую арматуру - сильфонную или мембранную.

В сильфонной арматуре уплотнение подвижных элементов относительно внешней среды обеспечивается сильфонным узлом. Главным его элементом является сильфон - гофрированная трубка. Металлический сильфон при помощи сварки или пайки соединяется с верхними или нижними кольцами (или деталями другой формы), образуя так называемую сильфонную сборку. Своей верхней частью она неподвижно и герметично соединяется с корпусными деталями арматуры, а нижней - со штоком или золотником клапана, перекрывая, таким образом, возможность выхода рабочей среды во внешнюю. Поступательное перемещение штока для управления золотником происходит

внутри сильфона, который может изменять свою длину за счет деформации гофров.

Сильфонные клапаны используются для работы в таких средах, утечка которых в окружающую среду недопустима. Преимущество этих клапанов перед сальниковыми - исключение утечки рабочей среды в атмосферу в пределах срока службы сильфонного узла. Но оно достигается путем существенного усложнения конструкции и соответственно более высокой стоимости клапана. Кроме того, ремонт сильфона клапана при его усталостном разрушении представляет собой сложную операцию по замене сильфонной сборки, поэтому в данных случаях клапан необходимо менять на новый [14].

Мембранные клапаны принципиально отличаются от клапанов другой конструкции. В мембранной арматуре внешнее уплотнение обеспечивается при помощи мембраны, выполняющейся в виде упругого диска из эластичных материалов (резина, фторопласт). Профиль мембраны позволяет в центральной ее части осуществлять возвратно-поступательное движение, достаточное для закрывания или открывания запорного или регулирующего органа арматуры. Мембрана устанавливается и зажимается по наружному диаметру между корпусом и крышкой, обеспечивая герметичность соединения корпусных деталей и одновременно полностью отсекая внутреннюю полость арматуры от внешней среды [15].

Особенность этих клапанов состоит в том, что диафрагма одновременно может выполнять функцию затвора, перекрывая под действием шпинделя проход рабочей среды через корпус. Такая конструкция позволяет без применения нержавеющих сталей иметь чугунные клапаны, пригодные для разных агрессивных сред. Это достигается покрытием (футеровкой) внутренних поверхностей корпуса различными коррозионно-стойкими материалами (фторопласт, резина, полиэтилен, эмали). Недостатками данных клапанов являются небольшой срок службы мембраны и ограниченные небольшими давлениями и температурами пределы их применения.

Таким образом, с учетом надежности, стоимости и сложности установки для рассматриваемого объекта наиболее целесообразной является установка сильфонной арматуры. При продолжении функционирования объекта с сальниковой арматурой необходимо усилить контроль за производственным процессом с помощью средств нахождения утечек газа и автоматической блокировки.

Библиографический список

1. Колесников А. М. Анализ рисков предприятий электроэнергетики / А. М. Колесников, А. В. Баранов // Теория и практика сервиса: экономика, социальная сфера, технологии. - 2013. - № 4 (18). - С. 154-158.

2. Шавалеев Д. А. Управление промышленной безопасностью объектов топливно-энергетического комплекса на основе анализа и мониторинга рисков / Д. А. Шавалеев // Электрон. журн. «Нефтегазовое дело». - 2012. - № 6. - С. 135-141.

3. Павлова О. С. Риск-менеджмент на российских энергетических предприятиях / О. С. Павлова // Вестн. науч.-техн. развития. - 2011. - № 6 (46). - С. 34-43.

4. Титова Т. С. Разработка методических основ определения и оценки состояния потенциально опасных объектов / Т. С. Титова, Р. Г. Ахтямов, Г. А. Бухарбаева // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 1-1. - С. 342-345.

5. Ахтямов Р. Г. Разработка методики выявления потенциально опасных объектов / Р. Г. Ахтямов, Н. С. Сенюшкин, А. В. Суханов // Вестн. Воронеж. гос. техн. ун-та. -2011. - Т. 7, № 5. - С. 192-197.

6. Елизарьев А. Н. Методика оперативной оценки риска возникновения чрезвычайной ситуации на объектах нефтепродуктообеспечения в зоне проявления карстовых процессов / А. Н. Елизарьев, Р. Р. Габдулхаков, Р. Г. Ахтямов // Электрон. журн. «Нефтегазовое дело». - 2012. - Т. 10, № 1. - С. 124-131.

7. Гражданкин А. И. К риск-ориентированной промбезопасности / А. И. Граждан-кин // Методы оценки соответствия. - 2012. - № 7. - С. 18-23.

8. Елизарьев А. Н. Прогнозирование разливов нефтепродуктов при железнодорожных авариях / А. Н. Елизарьев, Т. Р. Юсупов, Е. Н. Елизарьева // Бюл. результатов науч. исследований. - 2016. - Вып. 3-4 (20-21). - С. 28-35.

9. Титова Т. С. Совершенствование подходов к оценке последствий разгерметизации подводных переходов магистральных нефтепроводов / Т. С. Титова, Р. Г. Ахтямов, Г. А. Бухарбаева // Безопасность труда в промышленности. - 2016. - № 3. - С. 47-51.

10. Манякова Г. М. Риск-анализ эксплуатации резервуарных парков на основе методов системного анализа / Г. М. Манякова, В. В. Акшенцев, Т. Р. Юсупов, Р. Р. Габдулха-ков, А. Н. Елизарьев // Актуальные проблемы социально-экономической и экологической безопасности Поволжского региона : сб. материалов VIII Междунар. науч.-практич. конференции. - Казань : Казанск. филиал МИИТ, 2016. - С. 74-78.

11. Аксенов С. Г. Развитие методических основ оценки риска ЧС в резервуарных парках с использованием методов системного анализа / С. Г. Аксенов, А. Н. Елизарьев, Г. М. Манякова, Р. Р. Габдулхаков, Л. Ю. Кияшко, В. В. Акшенцев // Успехи современного естествознания. - 2016. - № 2-0. - С. 131-136.

12. Сухова А. Д. Анализ аварийности при эксплуатации газопроводов / А. Д. Сухова, Е. Н. Елизарьева // Актуальные проблемы социального, экономического и информационного развития современного общества : сб. материалов Всерос. науч.-практич. конференции, посвященной 100-летию со дня рождения первого ректора Башкирского государственного университета Чанбарисова Шайхуллы Хабибулловича. - Уфа : Башкир. гос. ун-т, 2016. - С. 78-80.

13. Колибаба О. Б. Основы проектирования и эксплуатации систем газораспределения и газопотребления : учеб. пособие / О. Б. Колибаба, В. Ф. Никишов, М. Ю. Ометова. -СПб. : Лань, 2013. - 208 с.

14. Карякин Е. А. Промышленное газовое оборудование : справочник / Е. А. Каря-кин. - Саратов : Газовик, 2013. - 1280 с.

15. Кязимов К. Г. Основы газового хозяйства / К. Г. Кязимов. - М. : Высшая школа, 2010. - 320 с.

References

1. Kolesnikov A. M. & Baranov A. V. Analiz riskov predpriyatiy elektroenergetiki [Risk analysis for electric utilities]. Teoriya ipraktika servisa: ekonomika, socialnaya sfera, tekh-nologii [Service theory and practice: economy, social aspects, technologies], 2013, no. 4

2. Shavaleev D.A. Upravlenie promyshlennoy bezopasnostyu obektov toplivno-energe-ticheskogo kompleksa na osnove analiza i monitoringa riskov [Industrial safety management for fuel and energy complex facilities based on risk analysis and monitoring]. Oil and Gas Business, Electronic journal, 2012, no. 6, pp. 135-141.

3. Pavlova O. S. Risk-menedzhment na rossiyskikh energeticheskikh predpriyatiyakh [Risk management for Russian energy providers]. Vestnik nauchno-tekhnicheskogo razvitiya [Science and technology development], 2011, no. 6

4. Titova T. S., Akhtyamov R. G. & Bukharbaeva G.A. Razrabotka metodicheskikh osnov opredeleniya i ocenki sostoyaniya potencialno-opasnykh obektov [Development of methodical guidelines for identifying and assessing potentially hazardous facilities' conditions]. Modern problems of science and education, 2015, no. 1-1, pp. 342-345.

5. Akhtyamov R. G., Senyushkin N. S. & Sukhanov A. V. Razrabotka metodiki vyyav-leniya potencialno opasnykh obektov [Development of identification methods for potentially hazardous facilities]. Proceedings of Voronezh State Technical University, 2011, vol. 7, no. 5, pp. 192-197.

6. Elizarev A. N., Gabdulkhakov R. R. & Akhtyamov R. G. Metodika operativnoy ocenki riska vozniknoveniya chrezvychaynoy situacii na obektakh nefteproduktoobespecheniya v zone proyavleniya karstovykh processov [Methods for immediate emergency risk assessment for oil product supply facilities in the karst process occurrence area]. Oil and Gas Business, Electronic journal, 2012, vol. 10, no. 1, pp. 124-131.

7. Grazhdankin A. I. K risk-orientirovannoy prombezopasnosti [On risk-based industrial safety]. Metody ocenki sootvetstviya [Compliance assessment methods], 2012, no. 7, pp. 18-23.

8. Elizarev A. N., YusupovT. R. & ElizarevaE. N. Prognozirovanie razlivov nefteproduk-tov pri zheleznodorozhnykh avariyakh [Forecasting oil product spillages in railway accidents]. Bulletin of Scientific Research Results, 2016, issue 3-4

9. Titova T. S., Akhtyamova R. G. & Bukharbaeva G.A. Sovershenstvovanie podkhodov k ocenke posledstviy razgermetizacii podvodnykh perekhodov magistralnykh nefteprovodov [Improved approaches to evaluating the consequences of oil trunk pipe line submerged crossing loss of containment]. Occupational Safety in Industry, 2016, no. 3, pp. 47-51.

10. Manyakova G. M., Akshencev V. V., Yusupov T. R., Gabdulkhakov R. R. & Eliza-rev A. N. Risk-analiz ekspluatacii rezervuarnykh parkov na osnove metodov sistemnogo analiza. Aktualnye problemy socialno-ekonomicheskoy i ekologicheskoy bezopasnosti Povolzhskogo regiona [Risk analysis of operating tank farms based on systems analysis methods. Challenging issues of socioeconomic and environmental safety in the Volga region]. Information package for 8th International Research-to-Practice Conference. Kazan, Moscow State University of Railway Engineering, Kazan branch Publ., 2016, pp. 74-78.

11. Aksenov S. G., Elizarev A. N., Manyakova G. M., Gabdulkhakov R. R., Kiyash-ko L. Yu. & Akshencev V. V. Razvitie metodicheskikh osnov ocenki riska ChS v rezervuarnykh

parkakh s ispolzovaniem metodov sistemnogo analiza [Development of methodical guidelines for emergency risk assessment for tank farms using systems analysis methods]. Advances in Current Natural Sciences, 2016, no. 2-0, pp. 131-136.

12. Sukhova A. D. & Elizareva E. N. Analiz avariynosti pri ekspluatacii gazoprovodov. Aktualnye problemy socialnogo, ekonomicheskogo i informacionnogo razvitiya sovremennogo obshchestva [Accident risk analysis for gas pipelines in operation. Challenging issues of social, economic and information development in modern society]. Information package for National Research-to-Practice Conference devoted to the 100th birthday of first Bashkir State University President Shaykhully Khabibullovich Chanbarisov. Ufa, Bashkir State University, 2016, pp. 78-80.

13. Kolibaba O. B., Nikishov V. F. & Ometova M. Yu. Osnovy proektirovaniya i ekspluatacii sistem gazoraspredeleniya i gazopotrebleniya [Design and operation fundamentals for gas distribution and gas consumption systems]. Saint Petersburg, Lan' Publ., 2013, 208 p.

14. Karyakin E. A. Promyshlennoe gazovoe oborudovanie [Industrial gas facilities]. Saratov, Gazovik Publ., 2013, 1280 p.

15. Kyazimov K. G. Osnovy gazovogo khozyaystva [Gas supply facility fundamentals]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2010, 320 p.

СУХОВА Александра Денисовна - магистрант, sasha-tigra@mail.ru (Уфимский государственный нефтяной технический университет), *ЕЛИЗАРЬЕВА Елена Николаевна - канд. техн. наук, доцент, elizareva_en@mail.ru (Башкирский государственный университет).

© Сухова А. Д., Елизарьева Е. Н., 2017 48