Приложение 2
ОЦЕНКА ЧАСТОТЫ АВАРИЙНЫХ УТЕЧЕК НЕФТИ
В данном приложении представлены алгоритмы расчета:
удельной частоты аварий на МН λn;
среднестатистической частоты аварий на трассе МН λ;
частоты образования дефектного отверстия λс в зависимости от его размеров и эффективной площади ,Sэфф.
1. ОЦЕНКА ЧАСТОТЫ УТЕЧЕК НЕФТИ НА УЧАСТКЕ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ МН
Аварии на МН характеризуются наличием существенных различий в значениях удельной частоты аварий λ, на МН и их отдельных участках, различающихся по своим конструктивно-технологическим характеристикам, особенностям проектирования, строительства и эксплуатируемым в различных условиях окружающей природной и социальной среды.
Механизм учета распределения аварий при оценке риска реализован с использованием процедуры деления трассы анализируемого МН на участки, характеризуемые примерно постоянным значением локальной частоты (удельной интенсивности) аварии внутри каждого участка. Локальная частота аварийных отказов на каждом из таких участков определяется с учетом конечного множества факторов, влияющих на надежность МН. На практике деление трассы на участки производится с использованием признака наиболее существенного изменения значения того или иного фактора влияния.
Для оценки локальной частоты аварий вводится система классификации и группировки факторов влияния в соответствии с общими причинами аварий, выявляемыми при анализе статистических данных по аварийным отказам. Из статистических данных по авариям на МН выделено восемь групп факторов влияния с указанием относительного "вклада" каждой группы Грi. (i = 1, ..., 8) в суммарную статистику аварийных отказов с помощью весового коэффициента рi (табл. П.2.1). Приведенные значения весовых коэффициентов рi носят предварительный характер и могут быть уточнены с учетом мнения специалистов.
В пределах каждой группы Грi имеется различное количество (J) факторов влияния. Каждый фактор имеет буквенно-цифровое обозначение Fij где i — номер группы, j — номер фактора в группе.
Относительный вклад фактора Fij внутри своей группы в изменение интенсивности аварийных отказов на рассматриваемом участке нефтепровода учитывается с помощью весового коэффициента (доли фактора в группе) qij.
На основании сформулированных определений проводится процедура деления трассы МН на участки, которая осуществляется последовательно и независимо по каждому фактору влияния Fij или группе факторов Грi. Критерием для определения местоположения границы очередного участка при делении трассы по фактору влияния Fij служит достаточно заметное (возможно, скачкообразное) изменение значения этого фактора влияния. Величина "скачка", выбираемая для данного фактора влияния, определяет длины и число участков, а, следовательно, и точность оценки риска. В общем случае длины участков, соответствующие делению по фактору влияния Fij, будут различны. Каждое последующее деление по очередному фактору влияния будет увеличивать общее число участков, причем границы участков, получаемых при очередной процедуре, могут совпадать с границами, установленными в ходе предыдущих процедур деления по другим факторам влияния. В ряде случаев на участках трассы, примыкающих к населенным пунктам, при необходимости степень детализации при разбивке может быть увеличена, а на незаселенных территориях уменьшена.
Таблица П.2.1
Обозначение и наименование группы факторов
|
Доля группы факторов р.
|
Гр1
|
Внешние антропогенные воздействия
|
0,20
|
Гр2
|
Коррозия
|
0,10
|
Гр3
|
Качество производства труб
|
0,05
|
Гр4
|
Качество строительно-монтажных работ
|
0,10
|
Гр5
|
Конструктивно-технологические факторы
|
0,10
|
Гр6
|
Природные воздействия
|
0,10
|
Гр7
|
Эксплуатационные факторы
|
0,05
|
Гр8
|
Дефекты тела трубы и сварных швов
|
0,30
|
В зависимости от совокупности конкретных значений различных факторов влияния, имеющих место на рассматриваемом участке трассы, интенсивность аварийных отказов на нем будет в той или иной степени отличаться от среднестатистической для данной трассы  . Таким образом, на каждом n-м участке трассы определяется значение интегрального коэффициента kвл, показывающего, во сколько раз локальная интенсивность аварий на участке λn отличается от среднестатистической для данной трассы λ:
 (П.2.1)
Значение определяется из данных статистики по авариям на предприятии, эксплуатирующем данный МН.
Расчет коэффициента kвл производится с использованием балльной оценочной системы, при которой каждому фактору Fij ставится в соответствие определенное, назначаемое на основании расчета или экспертной оценки, количество баллов Bij (по 10-балльной шкале), отражающее интенсивность его влияния. При рассмотрении конкретного n-го участка трассы последовательно оценивается степень влияния каждого из факторов. Полученные для всех факторов влияния балльные оценки {Bij, i = 1,..., I, j = 1,..., J} подставляются в следующие формулы для определения kвл:
 (П.2.2)
Где  ;  .
Если нет достоверных статистических данных по аварийности на рассматриваемом МН, рекомендуется использовать следующее соотношение:
 , (П.2.3)
где λср - среднестатистическая по отрасли интенсивность аварий за последние 5 лет, аварий/(103 км*год);
Вср - балльная оценка среднестатистического нефтепровода, принимаемая равной 3.
В приложении 5 приведены основные факторы по каждой из рассматриваемых групп, доля каждого фактора в группе qij и методика оценки балльных значений Вij. Как уже отмечалось ранее, для весового коэффициента ρj приведенные в таблицах данного приложения значения qij и Bij носят базовый характер, так как в существенной мере зависят от времени эксплуатации, места расположения МН и многих других факторов. Величины коэффициентов ρj, qij и Bij должны уточняться для каждого конкретного МН с использованием данных по статистике отказов и аварий и мнения специалистов эксплуатирующей организации.
Для участков, состоящих из отрезков с существенно различными факторами вдоль их длины, значение Fn определяется как сумма оценок составляющих данный участок отрезков с учетом длин этих отрезков. Например, если на одном километре участка приходится переход через реку длиной 300 м, а на остальной части длиной 700 м находится лес, то
где F0, F1 - балльные оценки соответствующих отрезков рассматриваемого участка.
В табл. П.2.2 приведены обобщенные характеристики балльной оценки Fn и диапазоны ее значений для различн/ых участков нефтепровода в зависимости от срока эксплуатации, определенные согласно приложению 5 и с учетом "старения" МН [19]. Конкретные значения Fn уточняются экспертным путем.
Таблица П.2.2
Балльные оценки Fn различных участков МН
в зависимости от срока их эксплуатации
№
|
Характеристика, тип участка МН
|
Срок эксплуатации, лет
|
более 30
|
20-30
|
менее 20
|
1
|
Участки трассы, удаленные от населенных пунктов и транспортных коммуникаций, проходящие по лесистой или степной зоне, кормовым угодьям, без болот и речных переходов
|
2,7-3,0
|
2,5-2,7
|
2,3-2,5
|
2
|
Переходы через водные преграды и обводненные участки трассы в силу повышенной коррозии и трудности восстановления изоляционного покрытия, а также на крупных водных переходах с возможным воздействием со стороны речного транспорта
|
4,6-6,0
|
4,3-5,9
|
4,1-5,7
|
3
|
Воздушные переходы через овраги, реки, подземные переходы через наземные транспортные коммуникации
|
3,7-4,3
|
3,5-4,1
|
3,3-4,0
|
4
|
Места расположения запорной и вспомогательной арматуры и ответвлений (лупингов)
|
4,3-4,8
|
4,1-4,6
|
3,9-4,4
|
5
|
Участки трассы, проходящие через зоны с повышенной плотностью населения, в которых возможны утечки нефти из МН из-за хищения нефтепродуктов, вандализма и других действий со стороны третьих лиц
|
4,0-5,0
|
3,8-4,8
|
3,6-4,6
|
6
|
Участки трассы, примыкающие к НПС, которые являются "источниками" или "приемниками" циклических нагрузок на МН, связанных с изменениями режима перекачки и возникновением при этом гидравлических волн
|
5,0-7,0
|
4,8-6,4
|
4,6-6,0
|
7
|
Участки трассы, пересекающие зоны с повышенной опасностью природных воздействий (геологические разломы, оползни)
|
4,6-6,0
|
4,3-5,9
|
4,1-5,7
|
2. ОЦЕНКА ЧАСТОТЫ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТНОГО ОТВЕРСТИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕГО РАЗМЕРОВ
Наибольший риск аварий на МН связан с продольными разрушениями, которые могут происходить как по основному металлу труб и в зоне сварных швов, при образовании коррозионных "свищей", "гильотинных" разрывов.
Из анализа аварийных утечек нефти следует, что характерный размер продольной трещины Lp подчиняется вероятностному распределению Вейбулла:
 , (П.2.4)
где F(Lp) - вероятность образования трещины (дефектного отверстия) с характерным размером менее Lp, м.
Один из вариантов дискретного распределения условной вероятности утечки нефти из дефектных отверстий с тремя характерными размерами Lp/D и соответствующими им эффективными площадями Sэфф приведен в табл. П.2.3. Значения Sэфф приведены для верхней границы интервала характерных размеров Lp/D дефектных отверстий в предположении об их ромбической форме (щели) с соотношением длины к ширине 8:1. В табл. П.2.3 D - условный диаметр трубопровод, а S0 = π D2/4 — площадь поперечного сечения трубопровода, м2. Выбранные таким образом размеры щелей и условной вероятности следует считать реперными.
Таблица П.2.3
Параметры дефектного отверстия в МН
Параметры
дефектного отверстия
|
"Свищи" т = 1
|
Трещины т = 2
|
"Гильотинный" разрыв т = 3
|
Lp/D
|
0,3
|
0,75
|
1,5
|
Sэфф/S0
|
0,0072
|
0,0448
|
0,179
|
Доля разрывов f Lpm
|
0,55
|
0,35
|
0,10
|
Для других значений характерных размеров Lp/D значения условной вероятности образования дефектного отверстия с таким характерным размером могут быть определены по формуле (П.2.4).
Удельная частота аварий на участке с возникновением дефектных разрывов определенного размера (характерные размеры дефектных разрывов указаны в табл. П.2.3) определяется по формуле
 ,
где m = 1,2,3 - индекс,  .
Пример.
Удельная частота аварий на участке МН с D = 100 см составила λn = 0,001 аварий/(км•год). Тогда удельная частота возникновения коррозионного свища (или трещин малых размеров) λс1, составит 0,00055 аварий/ (км • год). Продольный (характерный) размер такого дефектного отверстия Lp = 30,6 см и эффективная площадь разрыва Sэфф = 117 см2. Соответственно для трещин средних размеров λс2 =0,00035 аварий/(км•год) Lp = 76,5 см, Sэфф = 732 см2; для "гильотинного" разрыва (разрыва на полное сечение) λс3 = 0,0001 аварий/(км • год), Lp = 153 см, Sэфф = 2813 см2.
|
