Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
Приоритетным направлением совершенствования норы проектирования, сооружения и эксплуатации газопроводов является обоснование требований к социальной и экологической безопасности системы транспорта газа в целом, а следовательно - к качеству сооружения и работоспособности ее составных частей и элеиентов (линейных участков, оборудования), в тон числе требований и правил назначения конструктивных параметров, контроля качества, безопасности, эксплуатации линейной части газопроводов. Исследование опасности газопроводов является многоаспектной задачей, требующей как качественного (экспертного), так И количественного анализа, и предполагает: изучение всевозможных источников опасности; исследование опасных воздействий на окружающую среду и т.д.
Существенным моментом, определяющим выбор метода при количественной оценке безопасности объектов газопроводного транспорта является, с одной стороны, знание частоты или оценок вероятности возникновения аварий, с другой стороны - оценка возможных последствий такого события. Таким образом, мера риска - это некоторый критерий оценки последствий возможной аварии.
Ущерб от аварии обычно подразделяют на технико-экономический, когда последствия аварии явно выражаются а экономических категориях и социально-экономический, когда отказ грозит жизни людей. В большинстве работ по безопасности в качестве критерия выбирается математическое ожидание величины ущерба, который считается случайной величиной. Этот критерий, по-видимому, требует уточнения. Дело в том, что степень неопределенности риска для такой сложной системы как газопровод является весьма высокой. Это означает, что разброс случайной величины ущерба относительно среднего значения может быть достаточно большим.
, По всей видимости, объективным критерием безопасности можно
.-4-
считать следующее условие: с заданной доверительной вероятностью случайная величина риска должна заключаться в заданной интервале. Принятие этого критерия требует специфического математического подхода. Лело в том, что из-за неполноты информации о надежности газопровода и ущерба от аварии мы не знаем достаточно точно распределения вероятностей случайной величины риска. * . —
Это означает, что мы оперируем явно или неявно с некоторыми априорными данными, для разработки норм, а поступающую дополнительную информацию о надехности и ущербе используем для уточнения наших знаний. Таким образом нам необходимо использовать принцип Байеса для обоснования и уточнения нормативных требований.
На современном уровне научно-технического прогресса магистральный газопровод следует рассматривать исходно как объект, который по своей технологической специфике потенциально способен оказать негативное воздействие на окружающую среду. Определение минимальных безопасных расстояний от магистральных трубопроводов до различных объектов - вахнейшая задача, так как отказ участка трубопровода представляет опасность для хиэни человека.
Особенности норм проектирования газопроводов в различных странах были постоянным предметом исследований многих специалистов. Тем не менее, современное состояние и тенденции в области проектирования, соорухения и эксплуатации магистральных газопроводов обуславливают постоянное совершенствование и изменение системы взглядов на многие нормативные требования, действующие в сфере трубопроводного транспорта природного газа, в частности, на входящие в нормы проектирования требования к минимальным (безопасным) расстояниям от газопроводов до других объектов и строений. Вопросы пересмотра минимальных расстояний до объектов определенных типов в сторону увеличения этих расстояний возникают обычно в связи с авариями, сопровождающимися тяхелыми последствиями.. Обратная тенденция - к уменьшению безопасных расстояний -
возникает в связи с возрастающей важностью вопроса учета стоимости земель, занимаемых под трубопроводы. В условиях рынка эта стоимость столь велика, что в некоторых странах в нормах проектирования почти не регламентируются требования к минимальным расстояниям от трубопроводов до других объектов и строений. Указанные обстоятельства побуждают к разработке научно обоснованного методического подхода к анализу и уточнению минимальных расстояний на основе оценки технологического риска, возникающего пін эксплуатация газопроводов.
В связи с этим возникла необходимость в проведении специальных исследований, направленных на изучение взаимосвязи между нормируемым* для газопроводов 'безопасными расстояниями и уровнем оцениваемого при различных безопасных расстояниях технологического риска, а также обеспечение возможности уточнения методики регламентации безопасных расстояний при появлении дополнительной информации об отказах газопроводов.
Цель диссертационной работы - разработка методов анализа и уточнения минимальных безопасных расстояний от магистральных газопроводов до других объектов на основе исследования особенностей формирования априорных данных для-нормирования условий проектирования трубопроводов и использования принципа Байеса в процессе обоснования изменения нормативных требований.
Основные задача исследований. В соответствия с поставленной целью диссертационной работе решены следующие задачи:
-
Разработка математических моделей, описывающих надежность линейного участка магистрального газопровода с учетом характеристик опасной зоны и оценки ущерба при отказе.
-
Разработка вероятностно-статистического метода обработки априорных знаний для нормирования безопасных расстояний от трубопроводов и разработка зависимости этих расстояний от важнейших факторов.
3. Исследование возможностей уточнения безопасных расстояний на основе прогнозирования технологического риска.
і. Разрабстка диалоговой системы для расчета, анализа и уточнения нормативных требований к безопасным расстояниям с уче-:оу конструктивных особенностей магистральных газопроводов. Научная новизна.
Представленная работа является теоретическим исследованием, направленным на разработку методов анализа и уточнения нормативных требований к безопасным расстояниям от магистральных газопроводов до других объектов.
Использование математических моделей прогнозирования технологического риска на стадии проектирования газопровода с учетом нормируемых требований к безопасным расстояниям , а также разработанных алгоритмов численного поиска эффективных решений системы уравнений, описывающих формирование технологического риска при эксплуатации, позволило выявить особенности изменения размеров опасной для пребывания людей зоны с учетом различных факторов.
Построение эмпирических зависимостей для распределений случайных величин неопределенных параметров в условии расчета технологического риска с "настройкой" на регламентируемые кормами проектирования безопасные расстояния как базовые при приемлемых значениях риска позволило разработать метод их назначения с позиций риска конкретных ситуаций и алгоритм пересмотра этих расстояний по мере поступления дополнительной информации.
Исследование и выбор типа зависимости интенсивности отказов и зависимости оценки уиерба при аварии газопровода от его конструктивных особенностей , показало возможность применения разработанных методов расчетов в наиболее вахных задачах обеспечения эксплуатационной надежности магистральных газопроводов, а именно, при нормировании и уточнении значений безопасных расстояний по мере поступления информации об отказах >: связагчых с ним;' Ушер-
.-7-
бах.
Впервые разработана диалоговая система расчета характеристик вероятностных распределений и параметров Байесовской нормальной многомерной регрессионной модели для анализа и уточнения безопасных расстояний от'газопроводов с учетом технологического риска. Диалоговая система, основу хоторой составляет пакет прикладных программ, выполнена в виде оболочки для IBM PC и включает в себя автономные графические, расчетные и архивные блоки, позволяющие в кратчайшие сроки подготовить необходимую проектно-техническую документацию.
Практическая ценность исследования связана с реализацией задач по обеспечению высоконадежного трубопроводного транспорта. Разработанные методики и алгоритмы,,, реализованные в виде пакета программ для IBM PC, позволяют эффективно управлять процессом совершенствования нормативной базы проектирования газопроводов, способствуя повышению их эксплуатационной надежности.
Реализация работы.
Результаты исследований включены в следующие научно-технические разработки:
"Построение эмпирических зависимостей с использованием вероятностно-статистических данных" (Москва: ГАНГ, 1996 г.);
"Методика расчета безопасных расстояний от магистралышх газопроводов до других объектов а процессе эксплуатации" (Москва: ГАНГ, 1996 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
научно-техническом семинаре отдела "Надежность больших систем энергетики" Института энергетических исследований РАЯ (г-. Москва, 1996 г.);
научно-техническом семинаре кафедры "Сооружение газонефтепроводов и хранилищ" ГАНГ им.И.М.Губкина (г. Москва, 1996 г.);
научно-технической конференции "Новые технологии в газовой промышленности" (г. Москва, ГАНГ им.И.М.Губкина, 1996 г.).
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 3 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав," основных выводов," приложения и списка "литературы "из 93' наименований. Содержание изложено на 119 страницах, 27 рисунках и 4 таблицах.