Множество трубопроводов было построено многие годы назад. Аварии на них могут привести к уничтожению недвижимости и к человеческим жертвам. О том, как оценивать и снижать риск таких событий, мы поговорили с руководителем отдела внедрения систем инженерного анализа CS Group Кариной Матвеевой.
— Аварии на трубопроводах явления не такие частые. Расскажите о наиболее известных случаях…
— Последствия таких аварий могут быть тяжелыми. В 2010 году в Сан-Бруно (Калифорния, США) разрушился 30-дюймовый газопровод в жилой застройке. Пожар уничтожил 38 домов, повредил еще 70, погибли восемь человек. Национальный совет по безопасности на транспорте США (NTSB) связал разрушение с дефектом сварного шва и недостатками управления целостностью трубопровода; тяжесть последствий усугубили задержка отсечения поврежденного участка и недостатки аварийного реагирования. В том же году возле Маршалла (Мичиган, США) разрыв 30-дюймового нефтепровода привел к выбросу свыше 840 тыс. американских галлонов нефти (около 3,2 тыс. м³); расследование выявило коррозионно-усталостные трещины и недостатки управления целостностью.
— А в нашей стране что-то подобное происходило?
— Да. Например, в годовом отчете Ростехнадзора за 2024 год приведена авария 6 апреля на системе промысловых трубопроводов Западно-Варьеганского месторождения: разгерметизация сопровождалась выбросом нефтесодержащей жидкости и возгоранием. Анализ таких событий подтверждает необходимость совместного учета проектных решений, технического состояния, режима эксплуатации, автоматики и характеристик территории.
— Почему происходят такие события?
— Значительная часть трубопроводной инфраструктуры была построена десятилетия назад. За это время изменились материалы труб, технологии сварки и неразрушающего контроля, методы диагностики, средства автоматики, требования к размещению объектов и методики анализа аварий. Сам по себе год строительства не определяет уровень риска: значение имеют накопленные повреждения, изменения условий эксплуатации и эффективность защитных мер. Поэтому при оценке безопасности учитываются нормативная и проектная основа периода проектирования и строительства, примененные материалы и технологии, история эксплуатации, фактическое техническое состояние и современное окружение трассы.
— Что происходит с трубопроводами за годы эксплуатации?
— За десятилетия эксплуатации в трубопроводе могут развиваться наружная и внутренняя коррозия, коррозионное растрескивание под напряжением, усталостные трещины, повреждения сварных соединений, в том числе вследствие роста первоначальных дефектов, повреждения покрытия и деформации от грунтовых процессов. Одновременно меняются режимы перекачки, давление, состав продукта, арматура, системы автоматики и хозяйственное освоение территории вокруг трассы.
Условия вокруг линейного объекта способны существенно измениться за срок его эксплуатации. Рядом с трубопроводом могут появиться дороги, производственные и складские объекты, инженерная инфраструктура; может развиваться иная хозяйственная деятельность.
— Как происходит оценка риска?
— Федеральный закон от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» устанавливает обязанности эксплуатирующей организации по соблюдению требований промышленной безопасности, производственному контролю, проведению диагностирования и испытаний технических устройств в установленные сроки. Для трубопровода оценка риска объединяет сведения о конструкции и состоянии объекта, свойства транспортируемого вещества, условия эксплуатации, вероятные аварийные сценарии и возможные последствия для людей, соседних объектов и окружающей среды.
Первый этап анализа – идентификация вида трубопровода и применимой нормативной базы. Магистральные газо-, нефте- и нефтепродуктопроводы, промысловые трубопроводы, технологические трубопроводы предприятий и сети газораспределения относятся к различным объектам регулирования. Для опасных производственных объектов магистральных трубопроводов действуют Федеральные нормы и правила (ФНП), утвержденные приказом Ростехнадзора от 11.12.2020 № 517; для объектов нефтяной и газовой промышленности — правила, утвержденные приказом от 15.12.2020 № 534; для технологических трубопроводов — приказом от 21.12.2021 № 444; для сетей газораспределения и газопотребления — приказом от 15.12.2020 № 531. Каждый документ применяют с учетом его области действия и предусмотренных исключений. При анализе устанавливают назначение объекта, транспортируемую среду, давление, диаметр, категорию трубопровода, принадлежность к опасным производственным объектам (ОПО), класс опасности ОПО и фактический вид работ: эксплуатацию, капитальный ремонт, реконструкцию или техническое перевооружение.
СП 36.13330.2012 «Магистральные трубопроводы» применяется в пределах установленной области действия, прежде всего при проектировании новых и реконструируемых магистральных трубопроводов, а также при капитальном ремонте магистральных газопроводов и ответвлений от них. Для ранее построенного объекта одновременно учитываются проектная документация периода строительства, современные требования к эксплуатации, результаты технического диагностирования и условия дальнейшего использования.
— Как рассчитывается риск?
— Общая последовательность анализа риска — идентификация опасностей, оценка частот возможных аварийных сценариев, расчет последствий и определение показателей риска — раскрыта в Руководстве по безопасности «Методические основы анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах», утвержденном приказом Ростехнадзора от 03.11.2022 № 387. Это рекомендательный документ; он не является нормативным правовым актом. Для ОПО магистральных трубопроводов обязательные требования к анализу риска установлены разделом XI ФНП, утвержденных приказом № 517. В частности, для действующих объектов, введенных до вступления этих правил в силу и не подлежащих декларированию, пункт 178 предусматривает анализ при истечении проектного срока службы, продлении срока безопасной эксплуатации, реконструкции или капитальном ремонте. Руководство, утвержденное приказом № 387, содержит рекомендуемые данные о частотах разгерметизации оборудования и критерии поражения людей и повреждения сооружений. Применимость этих данных к конкретному виду трубопровода необходимо обосновывать.
Для объектов магистрального транспорта природного газа разработано специальное руководство по безопасности, утвержденное приказом Ростехнадзора от 22.12.2022 № 454. Оно также носит рекомендательный характер. В исходную информацию включаются конструктивные и технологические параметры, данные диагностических обследований и ремонтов, характеристики трассы и окружения, метеоусловия, размещение и время пребывания людей. По частотам сценариев и тяжести их последствий рассчитывают индивидуальный, коллективный и социальный риск, а при необходимости — ожидаемый ущерб. Результаты сопоставляют с обоснованными критериями допустимого риска.
Для ранее построенного трубопровода расчет обычно объединяет оценку частоты разгерметизации с моделированием последствий. При расчете последствий определяются расход во времени и масса выброса, развитие истечения, возможность образования горючего или токсичного облака, пожара и взрыва, а также уровни теплового, токсического и динамического воздействия. Пункт 179 ФНП, утвержденных приказом № 517, требует учитывать свойства продукта, конструктивные и технологические параметры, коррозию, внешние воздействия, толщину стенки и влияние возможной аварии на соседние объекты и населенные территории.
— Как современные программные комплексы могут быть использованы для оценки риска?
— Трехмерное моделирование применяется для сценариев, где результат существенно зависит от реальной геометрии местности, застройки и технологического оборудования. Такие расчеты позволяют получать пространственные поля концентрации, температуры, давления и плотности теплового потока и использовать их при оценке последствий конкретного сценария. Для этого обосновывают физические модели и исходные данные, проверяют влияние расчетной сетки и шага по времени, сопоставляют результаты с экспериментами или проверенными расчетными решениями. Для сжиженных углеводородов отдельно проверяют возможность описания вскипания и двухфазного истечения. Поля воздействия переводят в показатели риска с учетом частот сценариев, критериев поражения и присутствия людей.
Выбор мер по снижению риска требует расчетного обоснования: необходимо оценить состояние трубопровода, смоделировать возможные аварийные воздействия и определить, какие мероприятия повысят безопасность конкретного объекта. Для отдельных инженерных задач в составе такого обоснования могут применяться отечественные программные комплексы:
- Fidesys — для оценки прочности и напряженно-деформированного состояния труб, опор и других конструкций при заданных нагрузках;
- CADFlo — для моделирования течений, распространения газовых примесей и тепловых воздействий в пределах применимости реализованных физических моделей;
- GeomechaniCS — для расчета деформаций грунтового массива и устойчивости склонов, влияющих на условия работы трубопровода;
- САПР «ГАММА» — для электромагнитного моделирования антенн и высокочастотных компонентов аппаратуры связи и телеметрии, применяемой в системах мониторинга.
— Как вы помогаете оценивать и снижать риски трубопроводов?
— Состав инструментов и необходимых расчетов определяется задачами конкретного проекта. CS group объединяет программные решения и расчетные методы в единый инженерный процесс. Специалисты выполняют постановку задачи, определяют необходимые виды моделирования, подготавливают и согласовывают исходные данные, выбирают расчетные модели, проводят необходимые расчеты с согласованием передаваемых между моделями нагрузок и анализируют результаты с учетом влияния различных факторов.
Такой подход позволяет подготовить инженерную основу для количественной оценки риска и обоснования мер по его снижению. Полная оценка дополнительно требует анализа частот аварийных сценариев и их последствий по применимой методике. Результаты расчетов помогают выбирать конкретные мероприятия: ремонт дефектных участков, корректировку рабочего давления, модернизацию автоматики и меры по защите окружающих объектов. Расчетные материалы дополняют техническое диагностирование; предусмотренные законодательством экспертизы и процедуры выполняются в установленном порядке.
Мы сочетаем отечественное инженерное ПО с интеграционной и расчетной экспертизой, помогая обосновывать решения для безопасной эксплуатации трубопроводов.
Написать комментарий