Безопасность МГП

В основе Системы поэтапного обеспечения безопасности магистральных трубопроводов (СПОБ) лежит выбор дополнительных мероприятий, обеспечивающих безопасность магистральных трубопроводов (МТ). Для удобства интерпретации в данной статье введем понятие «дополнительные мероприятия» (далее — ДМ), подразумевающие любые мероприятия, в дополнение к требованиям обязательных нормативных документов, указанных в пункте 2 Статьи 5 Федерального Закона от 30 декабря 2009 года № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

ДМ обеспечивают безопасность МТ как в случае несоблюдения минимально допустимых расстояний, так и в условиях наличия негативных факторов влияния в процессе эксплуатации МТ [1-4].

Рис. 1 Описание этапов, лежащих в основе Системы поэтапного обеспечения безопасности МТ

К определяющим целям СПОБ (рис. 1) относятся:

1) Совершенствование системы принятия решений в части обеспечения безопасности МТ с учетом наличия конкретных факторов влияния.

2) Всесторонний учет факторов влияния при прогнозировании риска аварий линейной части МТ, а также условий их строительства и дальнейшей эксплуатации.

3) Сбор, хранение и обновление базы данных на основе знаний в части обеспечения безопасности МТ, получаемых при осуществлении проектов их строительства и реконструкции.

4) Оптимальное применение базы данных в смежных проектах.

Выбор ДМ осуществляется по следующим критериям:

• преимущество технических мероприятий перед организационными;

• преимущество предупреждения аварии перед её локализацией;

• преимущество направленности ДМ непосредственно на МТ;

При выборе ДМ должны быть обеспечены:

– гарантия достаточности ДМ;

– использование принципа «расстановки» барьеров безопасности при выборе актуальных ДМ, определяющего достаточность предлагаемого набора ДМ для случаев нарушения минимально допустимых расстояний (МДР). Ниже приводится краткая характеристика каждого из вышеперечисленных критериев.

1) Преимущество технических мероприятий перед организационными с целью обеспечения направленности ДМ непосредственно на трубопровод и минимизации зависимости технологического процесса от «человеческого фактора».

Среди прочих причин возникновения аварии значится пункт «ошибочные действия персонала». В этой связи повышение надежности трубопровода за счет внедрения ДМ является приоритетной с точки зрения уменьшения зависимости технологического процесса от эксплуатационных служб.

Кроме того, как было отмечено выше, технические мероприятия носят конкретный характер, направленный на повышение надёжности МТ и обеспечение его безопасности.

2) Преимущество предупреждения аварии перед её локализацией для сведения к минимуму последствий аварии.

При выборе ДМ наибольшее внимание следует уделять способам предотвращения аварии посредством повышения надежности трубопровода и его составных частей.

Адекватная расстановка приоритетов при выборе ДМ возможна при условии анализа причин возникновения аварий на МТ и факторов, провоцирующих эти причины.

Информация, полученная в ходе выявления и оценки факторов влияния [1], позволила определить наиболее критичные из них, а также наблюдать перераспределение степеней критичности факторов влияния в зависимости от значения несоблюдения МДР до объектов инфраструктуры.

3) Преимущество направленности ДМ непосредственно на МТ.

В большинстве случаев авария обусловлена повреждением или разрушением стенки трубопровода. Поэтому дополнительные мероприятия должны быть направлены прежде всего на повышение надежности и безопасности трубопровода на каждой из стадий осуществления инвестиционного проекта.

Обеспеченность безопасности МТ в условиях наличия факторов влияния определяется вероятностью выживания системы [9}, учитывающей эффективность ДМ, способных как предотвратить аварийную ситуацию, так и снизить негативные последствия в случае её наступления. В данном случае имеется в виду ситуация, когда ввиду ограничений, связанных со стадией реализации инвестиционного проекта, нет возможности внедрить мероприятия, направленные на предупреждение аварии.

Рассматривая риск возникновения аварий на МТ как произведение вероятности возникновения аварии на ущерб от аварии, под эффективностью ДМ подразумевается то, в какой степени внедрение того или иного ДМ может снизить ущерб от аварии.

Для определения эффекта от внедрения ДМ рассмотрим МТ, как некую систему, цель которой состоит в её функционировании на протяжении интервала времени [0, t]. Под функционированием системы понимается стабильное, бесперебойная поставка заданного объема углеводородного сырья потребителям, что обеспечивается непрерывной его перекачкой с момента ввода трубопровода в эксплуатацию до наступления аварии, обуславливающей необходимость приостановки поставки. Системе угрожает возможность наступления событий, представляющих опасность её существованию — аварий.

В свою очередь ДМ будем рассматривать как резервы системы, необходимые для её подготовки к авариям. Выбор ДМ осуществляется с применением метода нечетких множеств.

Допустим, что, функционированию системы угрожает наступление n аварий. Если система не успевает подготовиться к наступлению аварии и эта авария произойдет до момента t, то возникшие, к примеру, дефектные отверстия (трещина, свищ, гильотинный разрыв) уменьшают время функционирования системы. Считается, что цель функционирования системы достигнута, если на протяжении всего периода эксплуатации отсутствует необходимость замены или внепланового ремонта линейной части МТ по причине возникновения вышеуказанных дефектных отверстий.

Вопросы предотвращения аварийных ситуаций необходимо рассматривать в контексте своевременного обнаружения предпосылок аварии. Поэтому эффективность комплекса ДМ определяется условием R сочетания «конструктив+мониторинг». Таким образом, рассматривая безопасность МТ как подготовленность его к возникновению аварии, применительно к поставленной задаче оптимального планирования мероприятий, направленных на обеспечение безопасности МТ, для R справедливо равенство:

где

R_к — мероприятия, направленные на конструктив;

R_m —мероприятия, направленные на мониторинг.

Количество ДМ определяется с учетом наличия конкретных факторов влияния.

После предоставления нечеткого множества ДМ задается информация о стадии реализации проекта, после чего система оставляет только те ДМ, направленных на конструктив и мониторинг, которые удовлетворяют следующим двум условиям:

1. учет фактических факторов влияния, характерных для конкретного проекта;

2. учет стадии реализации проекта.

Для получения объективной картины снижения ущерба от аварии необходимо задать значения эффективности ДМ.

Будем считать известными:

X={X₁, X₂,…, X_k} — множество вариантов, которые подлежат многокритериальному анализу;

G={G₁, G₂,…, G_n} — множество количественных и качественных критериев, которыми оцениваются варианты.

Задача состоит в упорядочивании элементов множества X по критериям из множества G.

Пусть — число в диапазоне [0,1], которое характеризирует уровень оценки варианта по критерию чем больше число , тем выше оценка варианта X_j по критерию Тогда критерий G_i можно представить в виде нечеткого множества на универсальном множестве вариантов X:

где — степень принадлежности элемента X_j нечеткому множеству

Находить степени принадлежности нечеткого множества удобно методом построения функций принадлежности на основе парных сравнений [5]. При использовании этого метода необходимо сформировать матрицы парных сравнений вариантов по каждому критерию. Общее количество таких матриц совпадает с количеством критериев и равняется n.

Наилучшим вариантом будет тот, который одновременно является лучшим по всем критериям. Нечеткое решение представляет собой результат пересечения частных критериев:

Согласно полученному нечеткому множеству наилучшим вариантом следует считать тот‚ для которого степень принадлежности является наибольшей.

При неравновесных критериях:

где — коэффициент относительной важности критерия G_i, α₁+α₂+…+α_n=1

Показатель степени α_i в формуле (4) свидетельствует о концентрации нечеткого множества в соответствии с мерой важности критерия G_i.

Коэффициенты относительной важности критериев могут быть определены различными методами, например, с помощью парных сравнений по шкале Саати [6].

Руководствуясь Классификатором [5] и критериями выбора ДМ, примем следующую градацию показателей эффективности ДМ (Таблица 1)

Таблица 1 – Показатели эффективности ДМ

Приоритетные классификационные признаки ДМ		Показатели эффективности одного ДМ
EIA	Направленность ДМ на предотвращение аварии	0,5
ЕIVA,B	Область внедрения ДМ — металл трубы, конструкция трубопровода, вспомогательные устройства	0,3
EIIB	Технический характер компенсирующего мероприятия	0,2

Качество расходования ресурсов, т.е. степень подготовленности системы к аварии будет определяться наличием ДМ, сочетающих в себе все три приоритетных классификационных признака.

Подготовленность системы к аварии при наличии конкретного фактора влияния максимальна, в случае, если каждое из ДМ, входящих в равенство, сочетает в себе все три приоритетных классификационных признака. То есть считаем, что внедрение двух таких мероприятий (одно, в части конструктива, второе — в части мониторинга) обеспечивает 100%-ную подготовленность системы к возникновению аварии при наличии конкретного фактора влияния на протяжении заданного количества лет (т.е. ущерб от аварии практически исключен). Вместе с тем следует учитывать, что эффективность мероприятия будет максимальна только в случае оптимального планирования остальных мероприятий, предлагаемых в совокупности с данным мероприятием.

На данном этапе возникает необходимость объединения ДМ в группы приоритетности с учетом результатов классификации.

Таким образом, результирующее значение индекса 100%–ной эффективности ДМ, будет иметь вид функции:

M₁=F{E_IA, E_IIB, Е_IVA,B}=1

Выполнение данного условия возможно только в случае планирования мероприятий на этапе проектирования.

Определим все возможные результирующие значения индексов эффективности ДМ для случая наличия хотя бы одного приоритетного признака:

M₂=F{E_IA, E_IVA,B}=0,8

M₃=F{E_IA, E_IIB}=0,7

M₄=F{E_IIB, E_IVA,B}=0,5

Для случая, если ввиду стадии реализации проекта для каждого фактора влияния невозможно обеспечить наличие мероприятий, показатели эффективности которых отвечали бы приоритетным, требуются альтернативные компенсирующие решения, сочетание которых обеспечит подготовленность системы к аварии при заданных параметрах. Тогда определение перечня ДМ сводится к задаче принятия решений в условиях нечетких множеств.

Принятие решения — это выбор ДМ, которые одновременно удовлетворяют и нечетким целям (сочетание n мероприятий, обеспечивающих подготовленность системы к аварии в условиях наличия конкретного фактора влияния), и ограничениям (необходимость учета стадии реализации проекта при выборе ДМ).

Наиболее приемлемой, применительно к поставленной задаче, является схема принятия решений Беллмана–Заде [8].

Планирование мероприятий, направленных на обеспечение безопасности проектируемых МТ на каждой из стадий осуществления инвестиционного проекта должно осуществляться с обязательным учетом факторов влияния, характерных для конкретного проекта, а также сведений о наличии ненормативных сближений с соседствующими объектами.

Информация о факторах влияния является ключевой при определении комбинаций ДМ, окончательный состав которых формируется после того, как заданы сведения о стадии реализации проекта. Предварительный перечень ДМ представляет собой нечеткое множество, а комбинации ДМ четко структурированы и выверены на соответствие друг другу.

Рассмотрим пример применения СПОБ с целью планирования мероприятий для участка магистрального газопровода (далее – МГ), оказавшегося под влиянием наиболее неблагоприятного сочетания факторов влияния на каждом из этапов реализации проекта.

Как отмечалось ранее, с момента проектирования до момента ввода трубопровода в эксплуатацию, окружающие его условия могут измениться, что сделает предусмотренные проектные решения неактуальными и недостаточными на этапе эксплуатации МГ.

Пусть первоначальная исходная информация, поступающая в СПОБ представляет собой набор следующих параметров:

• Диаметр газопровода: 1 400 мм;

• Рабочее давление: 9,5 МПа;

• Способ прокладки трубопровода — подземный;

• Протяженность участка МГ — 20 км.

По результату инженерных изысканий выявлено, что участок МГ подвержен влиянию факторов f₁₃, f ₁₅, f ₁₆, f ₁₇:

• Высокая грозовая активность района строительства;

• Низкая несущая способность грунтов;

• Наличие коррозионной активности грунта;

• Заболоченность района строительства.

С целью объективной оценки безопасности объекта проектирования СПОБ автоматически учитывает все факторы влияния, не зависящие от природно-климатических характеристик района, а также от условий пересечения МГ с автомобильными и железными дорогами.

Также учтем, что с определенной долей вероятности возможно наличие следующих факторов:

• Несоблюдение требований нормативных документов при изготовлении труб и оборудования.

• Несоблюдение правил приемки готовых труб и оборудования.

• Нарушение норм и правил осуществления работ при строительстве.

• Отступления от проектных решений.

• Некачественная внутритрубная диагностика перед вводом газопровода в эксплуатацию.

• Применяемые защитные покрытия не в полной мере удовлетворяют условиям эксплуатации.

• Недостаточный мониторинг состояния трубы в процессе эксплуатации.

• Недостаточная компетентность эксплуатирующего персонала.

• Некачественное проведение аттестации персонала.

• Несвоевременное обновление технологического регламента по безопасной эксплуатации газопровода.

• Несоблюдение сроков эксплуатации газопровода.

Имеется критическое ненормативное сближение с населенным пунктом, что обуславливает наличие и других факторов влияния:

• Некорректное осуществление плановых работ;

• Нарушение правил пользования охранной зоной газопровода.

Таким образом, для данного проекта характерно наличие 17 факторов влияния.

СПОБ предоставляет выборку ДМ по критериям количества и показателей факторов влияния. С учетом результатов классификации предварительный перечень будет состоять, как минимум, из 34 ДМ. При этом каждое ДМ характеризует свой набор (количество и перечень контролируемых параметров).

Далее точное количество ДМ определяется с учетом стадии реализации проекта: если решение о внедрении тех или иных ДМ принимается на этапе проектирования, то имеется возможность предусмотреть ДМ, отвечающие всем критериям приоритетности и нейтрализующие несколько факторов влияния, что уменьшит общее количество ДМ, направленных на конструктив.

Разработанный Классификатор позволил выделить следующие классы ДМ, применяемые для обеспечения безопасности МГ, с учетом стадии осуществления проекта и наличия факторов влияния:

M_{{IA, IIB, IIIB, IVA}}, M_{{IA, IIB, IIIB, IVD}}, M_{{IA, IIB, IIIВ, IVC}}, M_{{IA, IIА, IIIB, IVB}}, M_{{IA, IIB, IIIB, IVB},}

M_{{IA, IIC, IIIB, IVB}}, M_{{IA, IIB, IIIС, IVC}}, M_{{IA, IIС, IIIС, IVC}}, M_{{IA, IIA, IIIE, IVC}}, M_{{IA, IIC, IIIE, IVB},}

M_{{IA, IIB, IIIВ, IVD}}, M_{{IB, IIB, IIIB, IVB}}, M_{{IB, IIB, IIIE, IVB}}, M_{{IB, IIС, IIIE, IVD}}, M_{{IC, IIB, IIIB, IVB},}

M_{{IC, IIB, IIIB, IVD}}, M_{{IC, IIB, IIIE, IVE}}, M_{{ID, IIB, IIIE, IVE}}, M_{{ID, IIA, IIIE, IVE}}, M_{{ID, IIB, IIIE, IVE}.}

Приоритетные классы для каждой из стадии реализации проекта определяются исходя из условия возможности их применения на данной стадии. Это значит, что, априори, любое из мероприятий можно предусмотреть на этапе проектирования, но не каждое из них может быть применено на последующих стадиях: строительства, ввода в эксплуатацию и эксплуатации.

Как было отмечено ранее, эффективность подготовленности системы к авариям определяется сочетанием мероприятий «конструктив+мониторинг». При этом мероприятия, составляющие данный «тандем», как правило, относятся к разным группам.

Следует отметить, что сочетания двух и более ДМ возможны в составе одного класса, так и разных классов.

Распределение ДМ по группам представлено на рисунке 2, где ось y характеризует группы ДМ, ось x — количество групп. Цветом выделены численные показатели эффективности выявленных ДМ.

Рис. 2 полученные результаты

Распределение ДМ в зависимости от стадии осуществления проекта представлено на следующем рисунке.

РИС. 3. Распределение ДМ в зависимости от стадии осуществления проекта

Представленная диаграмма позволяет отследить распределение КМ в зависимости от стадии реализации проекта. Так, например, количество ДМ, возможных к внедрению на этапе строительства весьма ограничено по сравнению с иными этапами. При этом, под этап эксплуатации адаптировано больше мероприятий, но ни одно из них не имеет наивысший показатель приоритетности.

Таким образом, применение СПОБ позволяет выбрать наиболее приемлемое сочетание ДМ из множества альтернатив, а также определить степень подготовленности системы к наступлению аварии с учетом стадии осуществления инвестиционного проекта и связанных с ним ограничениями в выборе ДМ.

Литература

1. А.М. Ревазов, С.Т. Алекперова «Идентификация и оценка влияния факторов эксплуатации, провоцирующих аварийность на магистральных газопроводах// Управление качеством в нефтегазовом комплексе». 2015. — № 3, с. 39–42.

2. А.М. Ревазов, С.Т. Алекперова «Система поэтапного обеспечения безопасности магистральных трубопроводов на всех стадиях реализации инвестиционных проектов»// Бурение и нефть — 2015. — № 3, с. 39–42.

3. А.М. Ревазов, С.Т. Алекперова «Управление риском возникновения аварий на линейной части магистральных газопроводов на основе мониторинга эксплуатационных факторов» //Газовая промышленность 2015 – № 12.
4. А.М. Ревазов, С.Т. Алекперова «Аспекты практического применения Системы поэтапного обеспечения безопасности магистральных трубопроводов»// Трубопроводный транспорт. Теория и практика 2016 – № 4, с. 32–35.
5. Алекперова С.Т. Систематизация результатов классификации мероприятий, направленных на обеспечение безопасности магистральных трубопроводов. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2017621123 от 29.09.2017.
6. Организационно-экономическое моделирование: теория принятия решений: учебник / А.И. Орлов. — М.: КНОРУС, 2010. — 568 с.
7. Т. Саати Принятие решений «Метод анализа иерархий» Перевод с английского Р. Г. Вачнадзе — М.: «Радио и связь», 1993. — 278 с.
8. Р. Беллман и Л. Заде. Вопросы анализа и процедуры принятия решений, Сборник переводов — М.: «Радио и связь», 1976. — 232 с.
9. П.М. Брусиловский «О вероятности выживания системы, готовящейся к наступлению катастроф». УДК 35.073.5. Башкирский государственный университет им. 40 летия Октября. «Модели организации, управления и методы их исследования». Уфа, 1975