Материал: 1831

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

ТРАНСПОРТ. ТРАНСПОРТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ М А Ш И Н Ы

темы. Для управления такими системами этого недостаточно. Отказ системы сам по себе не дает информации об ущербе, который ему со¬ путствует. Поэтому предложено использовать другой критерий качества систем - случайную величину £(t, c) , где t - случайная наработка до отказа, c - случайная величина ущерба, к кото¬ рому приводит отказ [6].

Функция распределения F(£) определяет

вероятность того, что отказ за время t и вели¬ чина ущерба не превышает величину c . Если функция дифференцируема по аргументам, в

качестве характеристики

безопасности исполь¬

зуют

плотность

распределения

2

 

 

f(t, c) = д

F(t, c) / dt dc . Через плотность выра¬

жаются основные параметры системы: - средняя наработка на отказ

T = J tdt J f (t,c) dc;

0

0

 

 

 

-

средний

ущерб

от

отказа

¥¥

C = J cdc J f (t,c) dt;

0 0

¥ ¥

- мощность отказов со = J cdc J t • f (t,c) dt;

0 0

- коэффициент опасности отказа D = C/T ;

-

коэффициент

безопасности

системы

U

=

T /(T

+ C).

 

 

 

В

 

 

 

частном

случае

F(t,c)

= 1

- e

+ e

 

T = 1/а,

c = 1 / в ,

со = 1/а ,

D = а/в , U = b /(a + b),

a, b - постоянные.

 

 

Случайная величина £(t, c), названная рис¬ ком, отражает меру опасности от системы чело¬ веку или обществу. Если вероятность возможно¬ го неблагоприятного события велика, но ущерб субъекту, связанный с осуществлением такого события, ничтожен, то риск для него равен нулю. В тех случаях, когда и вероятность, и ущерб при¬ нимают конечные значения, субъект характери¬ зует сложившуюся ситуацию соответствующим для себя риском.

Включение в определение риска человече¬ ского фактора определило формирование двух подходов к принятию решений, касающихся безо¬ пасности техногенной сферы. При первом подхо¬ де эксперт, опираясь на формальные методы, строит базу решающих правил и возможные дей¬ ствия по их реализации. Главный недостаток под¬ хода - субъективность. В таблице 1 приведены результаты опроса разных групп населения отно¬ сительно опасности различных технологий для их жизнедеятельности. Ранг 1 соответствует наи¬ большей опасности. Интуитивные оценки риска, указанные в таблице 1 группами, заметно разли¬ чаются.

Таблица 1 - Результаты

ранжирования степени риска

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее

для групп

 

 

 

Технологии и вид

 

 

 

 

Ежегодная

 

 

 

Члены

 

 

деятельности

 

 

женского

 

 

 

 

Бизнесмены

Студенты

клуба

Специалисты

смертность

 

 

 

 

 

 

 

 

Ядерная

1

1

8

26

100

 

энергетика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наземный

2

5

3

1

50000

 

транспорт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курение

4

3

4

2

150000

 

 

 

 

 

 

 

 

Электроэнергия

8

19

19

9

14000

 

 

 

 

 

 

 

 

Железные дороги

24

23

20

19

1950

 

 

 

 

 

 

 

Наиболее опасная для населения «тех¬ нология получения радости» - курение - не считается таковой даже по оценкам специа¬ листов.

При втором подходе формируются общие принципы определения риска, на их основе составляются соответствующие нормы и ме¬ тодики, которые закрепляются законодатель-

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

11

PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com

 

 

 

ТРАНСПОРТ. ТРАНСПОРТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ М А Ш И Н Ы

 

 

 

ными актами (например, методика определе¬

реалиям региона. Но есть проблемы модели¬

ния ущерба при авариях на нефтепроводе).

рования работоспособности объектов в бли¬

Данный подход более популярен, нежели пер¬

жайшей перспективе. Данные моделирования

вый. Он отражает согласие общества принять

позволяют также понять, как следует строить

после

 

обсуждения

предложенные

«правила

эффективную систему мониторинга на данном

игры».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

объекте техносферы.

 

 

 

 

 

 

 

 

К организационно-методическим вопросам

 

На сегодняшний день концепция обеспе¬

теории безопасности и риска относят и рас¬

чения безопасности техносферы строится на

пределение обязанностей

по её разработке

«стратегиях»,

вытекающих

из

рассмотрения

между государством, отраслями, регионами.

задачи о разорении торговца. Вводится веро¬

На

 

государственный уровень, прежде все¬

ятность Р(^ s) неограниченного роста задол¬

го, выносят разработку «макроэкономики рис¬

женности торговца

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ка». Постулируется, что чем

меньше

валовой

p(t, s) = J f(t + т), (s 7t, s) • p(t + т, s ')ds',

 

внутренний продукт

(ВВП),

тем

большая

его

 

и условие его поведения

min p

(t,s)

в классе

доля идёт на ликвидацию последствий аварий

стратегий

 

Q(s',s),

 

где

s'

s

-

характеристики

и катастроф. В развитых странах эта доля ко¬

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

леблется от 3 до 5%. В России, не попавшей

состояния

 

рынка;

 

t -

текущий

 

момент

по ВВП на душу населения в первую сотню

времени;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стран, такая цифра не озвучивается. Не рас¬

f (t + % s'/t, s) - вероятность перехода рынка

из s

крывает её и направленно формируемая ин¬

в s' за время t.

В простейшем варианте приме¬

формация МЧС

России

вида: «...сокращение

нительно к объектам техносферы ее можно про¬

числа аварий

и

смягчение последствий ката¬

иллюстрировать так.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

строф

 

может

дать

увеличение

бюджета

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначим

состояние

объекта с

непри¬

суммы,

 

превышающие

 

результаты

многих

 

 

 

емлемым

уровнем

ущерба

индексом

n=0.

планов

стабилизации

и

экономических

ре¬

Задача

состоит в

 

максимально возможном

форм»

 

[4]. Разработка моделей рационально¬

 

 

увеличении

n. Ремонт,

модернизация

и т. д.

го выделения ресурсов на обеспечение безо¬

приводят

к

росту

n

с

вероятностью

 

p=

p(n)

пасности техносферы государства относится к

 

за время At. В момент сдачи в эксплуатацию

категории задач государственного уровня.

 

 

(t=0) объект находился в состоянии n0. Доход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сюда же относят разработку более общих

за интервал At от эксплуатации объекта со­

моделей: «мировая конъюнктура - экономика

ставил величину Q, а затраты на обеспече­

страны - безопасность техносферы страны»,

ние вероятности Р - R (Р). Тогда в зависи¬

«изменения климата - урожай - продовольст¬

мости от выбранной «стратегии» эксплуата¬

венная безопасность» и т.д.

 

 

 

 

ции объекта встречаются три варианта раз¬

Модели управления безопасностью регио¬

вития событий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нального

(отраслевого) уровня

ориентирова¬

 

1. Выбирается

«стратегия

гарантирован¬

ны на оценку опасности существующих объек¬

 

ной

надежности»,

рассчитанная

на

худший

тов с выработкой

обоснованных мер по пре¬

вариант,

при

котором, несмотря

на

при¬

дупреждению аварий и катастроф с выстраи¬

нимаемые

 

меры,

состояние объекта будет

ванием

системы

приоритетов. В рамках

от¬

 

ухудшаться. Экономический

эффект

за

вре¬

расли эти модели

преимущественно направ¬

мя

до

аварии

определится

как

 

 

-

лены

на

решение задач

«оптимального»

ре¬

 

 

R(P)]n0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

жима

 

обновления

оборудования.

Главный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Другими словами, принимаем, что после

критерий

оптимизации

-

экономическая

эф¬

 

того

как

 

объект

 

отработал

гарантийный

фективность -

не

отражает

состояние объек¬

 

 

срок, дальнейшей

 

эксплуатации он

не

под¬

тов техносферы,

не

решает стратегическую

 

лежит. Плюсы стратегии - не нужна система

задачу

 

отрасли

-

прогнозировать ожидаемое

 

мониторинга, не возникает расходной статьи

число рисков и аварий с оценкой экономиче¬

на ликвидацию последствий аварии. Недос¬

ского

эффекта

от

технологий по их

предот¬

таток

- неизбежный отказ

от

эксплуатации

вращению. Есть пробелы и в решении тради¬

объекта,

который

 

может

находиться

в

не¬

ционной задачи: «какую долю оборудования и

 

аварийном

состоянии. Пример

носит

иллю¬

инфраструктуры

следует

обновить при дан¬

стрированный

характер,

отражает

идею, и

ном уровне инвестиции, оптимизируя уровень

приведение

количественных

характеристик

безопасности под эти ресурсы». Что касается

«стратегии»

не имеет смысла.

 

 

 

 

систем

мониторинга, здесь

существуют свои

 

 

 

 

 

2. Предпочтение

 

отдается

«стратегии

апробированные

технологии, и

задача сво¬

 

 

нормальных аварий».

При

проектировании

дится

к

их разумному

выбору

и привязке к

объекта допускаются аварии в период его

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com

ТРАНСПОРТ. ТРАНСПОРТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ М А Ш И Н Ы

эксплуатации. В таблице 2 приведены веро­

запроектных аварий понимаются спрогнози¬

ятности крупных аварий, полученные рас­

рованные на базе использования нелиней¬

четным путем на стадии проектирования

ных закономерностей деформирования и раз­

(проектные, запроектные) и реально регист­

рушения элементов объекта.

 

рируемые на практике. Под вероятностями

 

 

 

 

Таблица 2 - Вероятности крупных аварий за год [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетные

Реальные

Типы объектов

 

 

 

 

 

 

Проектные

 

Запроектные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Активная зона

 

10- 6

 

10- 6

2 1 0 - 3

Реакторы

 

 

 

 

 

 

 

 

Первый контур

 

10- 5

 

10- 6

510 - 3

 

 

 

 

 

 

 

Космические объекты

 

10- 4

 

10- 3

5-10-2

 

 

 

 

 

 

Турбоагрегаты

 

10- 3

 

10- 4

3-10-2

 

 

 

 

 

 

 

Летательные

аппараты

 

10- 3

 

10- 4

5-10-3

 

 

 

 

 

 

Трубопроводы

 

10- 4

 

2 1 0 - 3

10- 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем вероятность того, что авария

придерживаются

первой стратегии (органи¬

случится

в момент mDt, равна p(m/n0), а

зация и проведение ремонта дороже замены

 

 

 

 

 

 

 

 

объекта на новый).

 

 

 

 

 

 

среднее время до аварии

т =

S mp(m/n0 ) .

Перечисленные

стратегии

предполагают

 

 

 

 

 

m=1

неизменность базовых величин P,R(p), L,

Q,

Объект

эксплуатируется

до

серьезной

Ca

в процессе эксплуатации объекта. Эта

аварии в течение времени T, далее послед¬

установка всё чаще подвергается критике.

ствия аварии ликвидируются, объект выво¬

Приводятся доводы, которые трудно опро¬

дится из эксплуатации. Тогда математиче­

вергнуть. Так, длительные невыплаты зар¬

ское ожидание экономического эффекта

платы ведут к падению технологической

 

т

[m(Q - R(p))]p(m / n) - p(m / n) • Ca

дисциплины,

 

опасность

функционирования

Э2 =

S

объекта

резко

возрастает. Стремительный

 

m=о

 

 

 

 

 

 

рост

числа

несанкционированных

подклю¬

где Са - стоимость ликвидации аварии.

чений к трубопроводам приводит к сущест¬

Управление риском в данном случае сводит¬

венному изменению показателей транспорт¬

ся к выбору технического обслуживания p и

ной системы, входящих в схемы обеспече¬

проектного срока службы. Недостаток стра¬

ния безопасности . Не исключено , что уже

тегии - необходимость в штатном режиме

пора

учитывать

«фактор

терроризма»,

су¬

ликвидировать последствия крупной аварии.

щественно

меняющий

риск

эксплуатации

3. Стратегия с проведением непрерывно­

продуктопроводов.

 

 

 

 

 

 

го мониторинга развивает предыдущую. Сис¬

В [7] рассмотрена концепция безопасно­

тема

мониторинга отслеживает

наступление

сти

действующих

трубопроводов Западной

критической (предаварийной) ситуации. Эко¬

Сибири. Для них характерна явно выражен¬

номический

эффект

от эксплуатации такого

ная

диспропорция между резко возросшими

объекта в среднем составит

 

 

 

 

требованиями

к надёжности и системой ме¬

 

 

 

 

 

¥

 

 

роприятий по её обеспечению, а также

от¬

 

Э3

=

[Q - R(p)

- L]

S m

p(m/n),

 

сутствие научно обоснованной и признанной

 

 

 

 

 

m=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

схемы выборочного ремонта нефтепроводов

где L - затраты на мониторинг за время

с учетом остаточного ресурса.

 

 

 

Dt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предложенная

в

[7]

концепция

управ¬

Перечисленные

стратегии

неравноцен¬

ления

безопасностью

трубопроводного

ны . На практике при эксплуатации сложных

транспорта

включает

анализ

этих

состав¬

объектов предпочтение отдаётся последней.

ляющих

безопасности (рис.1).

 

 

 

Если имеют дело с простыми объектами,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com

ТРАНСПОРТ. ТРАНСПОРТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ М А Ш И Н Ы

Таким образом, первая угроза безопасности трубопроводному транспорту - ожидаемый рез¬ кий прирост аварийности ввиду завершения нормативного срока службы излишне большого числа его составляющих. Полная замена отслу¬ живших свой срок трубопроводов в течение ог¬ раниченного времени согласно стратегии гаран¬ тированной надёжности невозможна по ряду причин. Одна из них «классическая»: нет средств.

Стратегия «нормальных аварий» издавна применяется на практике. Показательный при¬ мер - авария на нефтепроводе в Республике Коми, в результате которой, по разным оценкам, в окружающую среду поступило от 14033 до 120 000 т нефти, загрязнено 64 га. Принято ре¬ шение построить новый нефтепровод (одна ста¬ тья расходов). Предъявлен иск к «Коминефть» на сумму 311 млрд. руб. (в ценах 1995 г.) за ущерб окружающей среде в то время, когда ор¬ ганизация имела задолженность по зарплате своим работникам более 25 млрд. руб.

Приведённый пример даёт представление о возможных масштабах затрат, связанных с уст¬ ранением последствий аварий на трубопрово¬ дах. Тем не менее стратегия «нормальных ава¬ рий» широко используется в тепловодоснабжении населения. Причины тому разные: от менее затратных мероприятий по устранению послед¬ ствий аварии до соображений политического ха¬ рактера.

Основной вектор в нейтрализации обозна¬ ченной выше угрозы направлен на использова¬ ние стратегии проведения непрерывного мони¬ торинга, прогнозирования развития ситуации на объектах мониторинга, предотвращения аварий по результатам прогнозных оценок их наступления.

Ко второй «угрозе» для трубопроводных систем следует отнести заметно увеличи¬ вающийся прирост потерь транспортируемо¬ го продукта. Особенно это касается объек¬ тов жилищно-коммунального хозяйства, включая сектор транспортировки загрязнен¬ ных вод.

Опубликовано большое число работ по методам и средствам контроля и поиска мест утечек и дефектов. Не все они удовле¬ творяют требованиям по желаемой чувстви¬ тельности и оперативности обнаружения, непрерывности контроля, точности локали¬ зации утечек (подключений). В таблице 3 приведены показатели эффективности мето¬ дов, применяемых для обнаружения утечек нефтепродуктов [7]. Они получены путём опроса экспертов служб эксплуатации, дис¬ петчерских, отделов АСУ.

Перечисленные в таблице 3 методы хо¬ рошо известны. Исключение может состав¬ лять метод математического моделирования. Его суть - проведение непрерывных сравне¬ ний измеренных гидравлических параметров с результатами моделирования «гидравли¬ ческого состояния трубы».

Не обсуждая достоверность приведён¬ ных данных, обратим внимание на опера¬ тивность фиксации появившейся утечки.

Изменение скорости расходов, а также метод отрицательных ударных волн можно отнести к методам, обеспечивающим обна¬ ружение появления аварийной ситуации в реальном масштабе времени. Однако поро¬ говая чувствительность этих методов (> 100 м3/ч) позволяет без труда решать вопросы нерегистрируемого несанкционированного отбора перекачиваемого продукта.

Выводы. Большинство из обозначенных на рисунке 1 блоков базируются на достаточ¬ но проработанной теории, менее продвину¬ тыми остаются задачи прогнозного плана и оперативного мониторинга состояния трубо¬ проводного транспорта. По их продвижению и решению реализация концепции, отражен¬ ной на рисунке 1, получает реальные очер¬ тания.

14

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com

ТРАНСПОРТ. ТРАНСПОРТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ М А Ш И Н Ы

 

Требования

 

 

 

 

Прогнозирование

 

федеральных законов

r * *

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и моделирование

Декларирование выбросов

 

 

 

 

антропогенных

 

 

 

 

 

 

 

 

процессов

 

 

 

 

Разработка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мероприятий по

 

 

 

Л ?

 

 

 

локализации аварии и пре­

 

 

 

 

 

 

 

вентивных мер защиты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценка воздействия

 

 

 

 

 

 

 

 

выбросов

 

 

 

 

Нормирование отраслевых

 

 

 

 

углеводородов

 

 

 

 

 

на окружающую

среду

 

показателей экологической

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

безопасности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

Расчёт платы за вы¬

 

 

 

 

Система обеспечения

 

бросы

 

 

 

экологической безопасности

 

 

 

 

 

 

 

 

нефтепроводов

 

Расчёт ущерба

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

Управление

 

 

 

 

 

безопасности НТС

 

 

 

 

Сбор и формирование базы

 

Оценка риска

 

 

 

 

данных,

математическое

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

моделирование и обеспечение

 

 

 

 

 

 

 

безопасности НТС

 

Расчёт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

экономического

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ущерба

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

к

к

к

 

к

к

 

Оценка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

остаточного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ресурса НТС

 

 

 

 

 

 

Оценка надёжности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НТС

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

Определение

 

 

 

 

 

кк

к

к

к

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

материальных потерь и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

разработка

 

 

 

 

1'

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нормативных

 

 

 

 

 

Диагностика

 

документов

 

 

 

 

 

и прогнозирование

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Многоуровневый

контроль

Геотехнический монито­ ринг объектов

Биологическая и агротех¬ ническая рекультивация территории

Характеристики техногенезиса и антропогенных по¬ следствий

Сокращение объёма вы¬ бросов

углеводородов

Анализ аварийных ситуа¬ ций I

Прогноз последствий аварии

Рис.1. Основные звенья системы и их взаимодействия при реализации концепции управления безопасностью трубопроводного транспорта

Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011

15

PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com