|
|
Эксплуатация любого опасного производственного объекта, так или иначе,
сопровождается рядом инцидентов, в отдельных случаях приводящих к
аварийным ситуациям, и системы газораспределения не являются в этом смысле
исключением.
Оценка опасности этих объектов необходима и при переходе к управлению
промышленной безопасностью по критериям приемлемого риска, и исходя из
законодательного требования «постоянно осуществлять прогнозирование
вероятности возникновения аварий и катастроф» в отношении каждого опасного
производственного объекта систем газоснабжения [1].
Являясь составной частью управления промышленной безопасностью, анализ
риска аварий объекта заключается в систематическом использовании всей
доступной информации для идентификации опасностей и оценки риска возможных
нежелательных событий [2].
Одной из основных задач оценки опасности является идентификация возможных
сценариев развития аварийных ситуаций (рис. 1.). Несмотря на казалось бы
большое разнообразие происшествий на системах газораспределения, для цели
риск - анализа желательно среди всего многообразия аварий выбрать наиболее
типовые и часто встречающиеся, что собственно и является целью данной
работы. Для этого была проанализирована доступная база по аварийности,
представленная в [3].
В качестве типовых объектов систем газораспределения рассмотрены
распределительные газопроводы, газорегуляторные пункты (ГРП) и
газорегуляторные установки (ГРУ).
Рис. 1. Основные блоки анализа риска
СЦЕНАРИИ РАЗВИТИЯ АВАРИЙ
НА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДАХ
Анализ аварий на распределительных
газопроводах показал, что в 68 % случаях происходит утечка газа, в 20 %
случаях - утечка газа с последующим воспламенением, в 12 % случаях
происходит взрыв в жилых домах, куда газ попадал через подземные
коммуникации (рис. 2) [3].
При разгерметизации газопровода чаще всего происходит истечение природного
газа в атмосферу с последующим рассеянием. Аварийное истечение может
происходить как из надземного, так и из подземного участка газопровода.
Помимо этого газопровод может быть расположен по дну водоема и на глубине
под дном. В этом случае при паводках может произойти полный разрыв
газопровода как в первом, так и во втором случае с той лишь разницей, что
во втором полный разрыва происходит при условии размыва трубопровода. При
развитии аварии на подземном распределительном газопроводе принципиально
возможно образование так называемого «пожара в котловане», однако, при
анализе реальных происшествий за пять лет таких случаев не
зарегистрировано, так же как не зафиксировано полных разрушений подземных
газопроводов. При разгерметизации же надземных участков газопроводов
гораздо чаще происходит так называемое «факельное горение». Причем
факельное горение так же возможно при истечении из подземного газопровода,
но только в искусственно созданном котловане (при ведении земляных работ).
Наиболее опасным является начальный момент истечения и горения факела,
когда скорость истечения и размер струи максимальны и у попавших в опасную
зону людей нет времени, чтобы его покинуть. В случае утечки газа из
подземного участка газопровода происходит проникновение вещества через
грунт над трубой с последующим воспламенением вдоль трассы – наблюдается
колышущееся пламя. Кроме того, при аварии на подземном газопроводе на
территории населенного пункта может произойти проникновение природного
газа в помещения зданий, в результате чего возможно образование взрыво- и
пожароопасной газовоздушной смеси, которая при наличии источника зажигания
способна к взрыву, приводящему к разрушению зданий и травмированию людей.
При авариях на подземных газопроводах, сопровождающихся взрывом в жилом
доме, зона действия поражающих факторов взрыва ограничена размерами
помещений. Вероятность реализации такого сценария зависит от свойств
грунта, от расстояния до помещений, от того идут к дому канализация,
водопровод или существуют другие «пути» подхода газа к дому (коллектора и
др.). В случае отсутствия путей распространения газа и прохождения
газопровода в глинистых грунтах с малой пористостью вероятность этого
сценария аварии ничтожна. Следует учитывать, что принципиально пожар и
взрыв в помещении мало чем отличаются, но только при взрыве происходят
разрушения.
Рис. 2. Распределение аварий по видам на распределительных газопроводах
1 - взрыв в жилом доме
2 - утечка газа с последующим воспламенением
3 - утечка газа на распределительном газопроводе
Полные разрывы газопровода происходят
чрезвычайно редко и только на надземных участках газопровода. Кроме того,
в случае подводного исполнения газопровода при паводке и при повреждении
надземного участка газопровода спецтехникой (наезде, срыве) наблюдается
разрыв газопровода на полное сечение.
Таким образом, на распределительных газопроводах можно выделить типовые
сценарии развития аварийной ситуации, которые вместе с наиболее
характерными за последние 10 лет случаями представлены ниже:
Сценарий 1. Нарушение целостности надземного участка газопровода на
территории населенного пункта → истечение газа → горение факела →
воздействие факторов на объекты поражения.
Так, 2 мая 2000 года в городе Екатеринбурге произошло нарушение
герметичности соединения надземного распределительного газопровода
(давление 1,2 МПа, диаметр 530х8 мм). Пучение грунтов и прогибающее
действие большого веса пробкового крана создало на изолирующем фланце
дополнительные нагрузки. Вследствие этого произошла потеря герметичности,
а затем - утечка газа. Струя газа повредила паронитовую прокладку во
фланцевом соединении, из-за чего снизилось электрическое сопротивление на
фланце, и искра от работы электрохимической защиты воспламенила газ. В
результате аварии пробковый кран, изолирующий фланец, и часть газопровода
полностью разрушены.
Сценарий 2. Нарушение целостности надземного участка газопровода на
территории населенного пункта → истечение газа → рассеяние газа.
10 июня 1998 года в районном центре Каргасок Томской области автомобиль,
проезжая под переходом газопровода с поднятым кузовом верхней частью
зацепил футляр надземного газопровода и протащил его не менее 10 м.
Наблюдался треск, свистящий шум и облако газа. В результате было
прекращено газоснабжение 150 жилых домов в райцентре. Газопровод получил
значительные смещения, в месте врезки газопровода появились разрывы трубы,
разрушены 22 опоры.
Сценарий 3. Нарушение целостности подземного участка газопровода →
истечение газа → горение факела.
Так, 19 апреля 2000 года в Нурлатском районе Республики Татарстан велись
работы по боронованию поля, на котором проложен полиэтиленовый газопровод
(давление 0,6 МПа). Боронование тракторист производил бороновальным
агрегатом, сцепленным с гусеничным трактором. Развороты осуществлялись в
районе прохождения подземного трубопровода. При развороте на шестом круге
задняя часть правой гусеницы полностью увязла в грунте, при этом была
выдавлена смесь воды с глиной. Передняя часть правой гусеницы выступала
над поверхностью земли на 10-15 см, а левая гусеница стояла на твердом
сухом грунте. Была организована буксировка застрявшего трактора с помощью
колесного трактора. Буксируемый трактор помогал буксирующему правой
гусеницей (левая была заторможена на производимый при буксировке
разворот). Буксировку производили рывками. На третьем рывке трактор резко
провалился правой стороной в грунт так, что правый нижний край пола кабины
оказался в земле. Из-под трактора с левой стороны вырвалось пламя.
Тракторист заглушил двигатель и покинул кабину. Позже была прекращена
подача газа был полностью выжжен остаток газа из поврежденного участка.
При осмотре котлована, вскрытого в месте повреждения газопровода, было
обнаружено: котлован затоплен грунтовыми водами, уровень которых от
поверхности земли находится на расстоянии 0,55-0,6 м; глубина заложения
газопровода составляет 1,1-1,15 м, и аварийный участок имеет рванное
механическое повреждение.
Сценарий 4. Нарушение целостности подземного участка газопровода на
территории населенного пункта → истечение газа → проникновение газа через
грунт на поверхность → при наличии источника зажигания – воспламенение
(образование колышущего пламени).
Сценарий 5. Нарушение целостности подземного участка газопровода на
территории населенного пункта → истечение газа → проникновение газа через
грунт или по траншее газопровода, водопровода, канализации в подвал жилого
дома → образование газовоздушной смеси → при наличии источника зажигания –
взрыв в помещении.
30 января 2000 года в станице Отрадная Краснодарского края из-за наличия
механического воздействия на сварной шов и частичного непровара произошло
разрушение и утечка газа из трещины через грунт над трубой во дворе дома с
последующим проникновением в здание, загазованности помещения, взрывом
газовоздушной смеси в жилом доме и возгоранием газа над землей вдоль
газопровода. Двое жильцов получили термические ожоги, разрушены стены
дома, кровля, хозяйственные постройки. Глухая стена дома обрушилась на
соседний сарай и разрушила на нем крышу. В кухне выбиты стекла, в стенах
появились трещины в месте их примыкания к потолку.
Приведенная авария служит примером происшествия, происходящего по сценарию
4 и 5. Отметим, что в данном случае произошел взрыв с последующим
возникновением колышущего пламени по трассе газопровода, однако в ряде
случаев возможно возникновение или взрыва в помещении, или воспламенения,
что зависит от удаленности места разрыва газопровода от жилого дома и от
ряда других факторов.
Сценарий 6. Нарушение целостности подземного участка газопровода →
истечение газа → рассеивание утечки.
Так, 3 июня 1998 года при производстве земляных работ в Дивеевском районе
Нижегородской области поврежден газопровод (давление 0,6 МПа, диаметр
114х4 мм) и 6 суток близлежащие села оставались без газоснабжения.
10 мая 2000 г. возле города Бузулук произошел размыв и раскачивание
подводного участка газопровода и, как следствие, его прорыв в результате
весеннего паводка. Было прекращено газоснабжение 375 квартир.
В результате оценки последствий всех возможных сценариев развития
аварийных ситуаций на распределительных газопроводах видно, что наиболее
опасными по последствиям могут быть аварии, связанные с образованием
прокола (трещины) газопровода в связи с невозможностью оперативного
определения аварийной утечки по падению давления, что приводит к
увеличению времени обнаружения дефекта и ликвидации аварии.
В принципе при авариях на распределительных газопроводах травматизм
наблюдается только при взрыве в помещении, в этом случае травмируются все
находящиеся там люди. Пострадавших при других сценариях аварийных ситуаций
не зафиксировано, но не исключено.
Прохождение трасс распределительных газопроводов по заселенным
территориям, отсутствие ограждения охранных зон, с одной стороны, повышают
вероятность аварий на газопроводах в результате антропогенных воздействий
(т.е. повреждений распределительных газопроводов различного рода
землеройной техникой) и возникновение прямого ущерба (гибели людей, потери
имущества и т.п.) в случае аварии, а с другой стороны – увеличивают
вероятность обнаружения поврежденного участка.
СЦЕНАРИИ РАЗВИТИЯ АВАРИЙ НА ГАЗОРЕГУЛЯТОРНЫХ ПУНКТАХ
И УСТАНОВКАХ
Анализ аварий на газорегуляторных пунктах и
газорегуляторных установках показал, что в 75 % случаях происходит утечка
газа с последующим воспламенением или воспламенение без загазованности
помещения, в 13 % случаях – утечка газа в помещении ГРП и ГРУ, в 12 %
случаях происходит взрыв в соседних помещениях (рис. 3) [3].
В общем случае, аварийный процесс включает утечку газа в помещении ГРП и
ГРУ, образование взрыво- и пожароопасной смеси и её воспламенение с
последующим пожаром или взрывом. Кроме того, возможно воспламенение струи
без образования загазованности помещения. Отдельно отметим случаи, когда
нарушение технологического процесса ГРП приводит к повышению давления в
газопроводе низкого давления, разгерметизации газового оборудования на
источниках потребления, в том числе в жилых домах или котельной,
возникновение загазованности помещений, при наличии источников зажигания -
воспламенение утечки или взрыв. При этом следует учитывать, что
принципиально пожар и взрыв в помещении мало чем отличаются, но только при
взрыве происходят разрушения.
Рис. 3. Распределение аварий по видам на газорегуляторных пунктах и
установках
1 - утечка газа в помещении ГРП и ГРУ
2 - взрыв в соседних помещениях
3-утечка газа с последующим воспламенением
или воспламенение без загазованности помещения
Таким образом, по результатам анализа аварий
на ГРП и ГРУ выделены типовые сценарии развития аварийной ситуации,
которые вместе с наиболее характерными за последние 10 лет случаями
представлены ниже:
Сценарий А. Утечка газа в помещении ГРП → воспламенение от
источника зажигания в помещении ГРП → воздействие поражающих факторов на
объекты поражения.
Так, 3 августа 1996 года в городе Кировограде для реконструкции узла учета
расхода газа главного газорегуляторного пункта проводилась переврезка
диафрагмы внутреннего газопровода. С этой целью было произведено
отключение подачи газа путем закрытия задвижки на подводящем газопроводе с
установкой заглушки с последующей продувкой газопровода воздухом.
Незакрытие вовремя задвижки привело к поступлению газовоздушной смеси с
продуваемого участка газопровода в помещение газорегуляторного пункта.
Зажженный в это время резак привел к воспламенению газовоздушной смеси.
Пламя через открытую дверь вырвалось наружу. При этом находившиеся в
помещении газорегуляторного пункта пять человек получили ожоги 1-2
степени.
Сценарий Б. Утечка газа в помещении ГРП → загазованность помещения
→ выброс газа в атмосферу с последующим рассеянием.
Сценарий В. Нарушение технологического процесса ГРП → повышение
давления в газопроводе низкого давления → разгерметизация газового
оборудования на источниках потребления → воспламенение утечки→ воздействие
поражающих факторов на объекты поражения.
9 апреля 1997 года на ГРП города Щербинка Московской области бригада для
подготовки работ по проведению текущего ремонта газового оборудования
основной линии редуцирования приступила к переходу подачи газа через
байпасную линию. Слесарь ошибочно перекрыл кран на импульсной линии
U-образного манометра, из-за чего бригада лишилась возможности
контролировать давление газа на выходе ГРП. После перехода на подачу газа
по байпасной линии при сбросе газа из основной линии, произошло падение
давления. Было увеличена подача газа потребителям, но показания манометра
продолжали падать. При повторном повышении подачи газа сработал
предохранительный сбросной клапан. Мастер и слесарь заметили, что манометр
выведен из работы. Подача газа по байпасной линии была уменьшена, а кран
на импульсной линии манометра открыт, вследствие чего произошел выброс
воды из манометра. После прекращения сброса газа через предохранительный
сбросной клапан и восстановления работы манометра была осуществлена подача
газа рабочего (низкого) давления, вследствие чего бригада в течение 10-15
минут не знала действительного давления газа в сетях. Далее поступила
заявка о пожаре в квартирах жилого дома. Были приняты меры по перекрытию
газовых вводов для прекращения газоснабжения жилых домов. На ГРП
зафиксирован сильный запах газа, при этом предохранительный сбросной
клапан находился в закрытом состоянии, а давление газа, идущего
потребителям, в норме. В результате пожаров и возгораний в жилых домах
были повреждены 54 газовые плиты, 13 газовых проточных водонагревателей,
18 газовых емкостных водонагревателей, 4 квартиры, 1 подъезд, 6 частных
жилых домов повреждены при поливе водой при тушении пожара, прекращено
газоснабжение 130 жилых многоквартирных домов и 70 частных.
Сценарий Г. Нарушение технологического процесса ГРП → повышение
давления в газопроводе низкого давления → разгерметизация газового
оборудования на источниках потребления, в том числе в жилых домах →
загазованность помещения.
Так, 5 ноября 1997 года на ГРП города Волгограда наблюдалось повышение
давления газа выше проектного на выходе из газорегуляторного пункта в
результате отказа работы регулятора давления и предохранительно-запорного
клапана, что в конечном итоге привело к пропуску клапаном газа,
загазованности помещения и прекращению работы ГРП.
Сценарий Д. Утечка в помещении ГРП (ГРУ) → при наличии источника
зажигания – взрыв в соседнем помещении → воздействие поражающих факторов
на объекты поражения.
4 июля 2000 года в помещении ГРУ города Подольск Московской области
произошел срыв сальникового крана с патрубка, что привело к утечке газа в
газорегуляторную установку и далее в близлежащую котельную. Далее
воспламенение газовоздушной смеси от раскаленной кладки топки котла
привело к взрыву газовоздушной смеси в котельной и дальнейшему пожару на
ГРУ. Один человек от полученных ожогов скончался, двое рабочих получили
ожоги открытых частей тела, ожоги и травмы головы получила проходившая
мимо здания посторонняя женщина.
Конкретные примеры сценариев, сопровождающихся только утечкой газа, не
представлены, так как последствия таких случаев не носят катастрофичного
характера, вследствие чего о них редко сообщают, но с другой стороны при
анализе риска на стадии идентификации опасностей рекомендуется
использовать метод «дерева событий», где должны присутствовать все
возможные сценарии.
При авариях на ГРП и ГРУ, сопровождающихся воспламенением утечки, зона
действия поражающих факторов определяется объемом выброшенного газа,
размером помещения и наличием естественной вентиляции (открытые двери).
При наличии загазованности в помещении, превышающей предельно-допустимую
концентрацию, теоретически возможны случаи отравлений, однако таких
инцидентов при анализе реальных аварий не обнаружено. При авариях,
сопровождающихся взрывом в жилом доме или в помещении ГРП, зона действия
поражающих факторов пожара или взрыва ограничена размерами помещений.
Нахождение ГРП и ГРУ на населенных территориях также с одной стороны,
повышает вероятность аварий в результате антропогенных воздействий (т.е.
неправильное действие персонала, наличие возможности наезда техники на
шкафной газорегуляторный пункт) и увеличивает вероятность возникновения
прямого ущерба (гибели людей, потери имущества и т.п.) в случае аварии, а
с другой – способствует скорейшему обнаружению места аварии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, анализ аварий на
распределительных газопроводах и ГРП, ГРУ позволил выделить возможные
сценарии развития аварийных ситуаций на типовых объектах
газораспределения. Для каждого сценария приведено описание конкретной
аварии, где прослежена последовательность аварийных событий, указано
количество пострадавших и имущественные потери. Следует отметить, что
практически любая авария систем газораспределения приводит к отключениям
от газоснабжения потребителей на определенное время. В настоящее время
экономические и социальные последствия отключения потребителей не
учитываются, между тем как включение этой составляющей в экономические
последствия аварии будет, по-видимому, определяющим. Полученные результаты
представляют существенную значимость при проектировании объектов систем
газораспределения, а так же при декларировании и экспертизе промышленной
безопасности, в процессе обоснования технических решений по обеспечению
безопасности, при оценке воздействия систем газораспределения на
окружающую природную среду и для ряда других процедур, связанных с оценкой
опасности систем газораспределения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федеральный закон № 69 – ФЗ Российской
Федерации «О газоснабжении в Российской Федерации» от 31 марта 1999 г.
2. РД 03-418-01 Методические указания по проведению анализа риска опасных
производственных объектов утв. Постановлением № 30 Госгортехнадзора России
от 10.07.2001. - 18 с.
3. Б.А. Красных, В.Ф. Мартынюк, Т.С. Сергиенко, А.А.Сорокин, А.А.
Феоктистов, А.С. Нечаев Анализ аварий и несчастных случаев на объектах
газового надзора. – М.: ООО «Анализ опасностей». - 2003. – 320 с.
|
|
