Вы находитесь в разделе Типовых решений систем безопасности
От полюса до полюса - Сигурд ГААРД: Аспекты безопасности при проектировании больших морских трубопроводов.Сигурд ГААРД (Sigurd GAARD), компания Statoil ASA, Технология транспортировки и трубопроводов, Kårstø, Норвегия В данной статье дается краткое резюме по презентации "Аспектов безопасности при проектировании больших морских трубопроводов", которая проводилась на V Международной конференции актуальных проблем промышленной безопасности: от проектирования до страхования, 6-7 июня 2007 года в Санкт-Петербурге. "Аспекты безопасности при проектировании больших морских трубопроводов" является совершенно открытой и широкой темой, презентация затрагивает вопросы философии безопасности, проектирования трубопроводов, примеры проектов или функций, являющихся особыми для разработки трубопроводов Statoil, а также вопросы безопасности поставок и человеческого фактора. ВВЕДЕНИЕ Норвежская газовая транспортная сеть разрабатывается на протяжении последних 3 десятилетий, и для обеспечения безопасной установки и работы потребовалось преодолеть большие трудности. Первое нефтегазовое месторождение на норвежском континентальном шельфе, месторождение Экофиск, было открыто в 1969 году. Норвежский парламент уже установил главное правило – вся нефть, найденная на норвежском шельфе, должна доставляться в Норвегию. Однако исследования, проведенные в 1971/72 годах на трубопроводе от месторождения Экофиск до побережья, показали, что сооружение трубопровода, пересекающего норвежский желоб, лежало за пределами существующих технологий и не могло осуществиться без значительных факторов неопределенности. Кое-кто говорил, что Норвегия обогатится производством нефти, но на берегу рабочих мест не будет. Норвежский желоб составляет около 300 метров в глубину, и отличается довольно крутым и неровным морским дном. Пересечение Норвежского желоба, осуществленное в 1983 году, оказалось краеугольным камнем в основании сегодняшнего расцвета компании Statoil. Однако был еще один малоизвестный, но немаловажный момент, который прямым образом отразился на последующих успехах нашей компании. Это было высокое номинальное давление, выбранное для ведущей к берегу экспортной линии. Выбранное давление было столь высоко, что были неизвестны характеристики флюида, и в связи с этим возникали некоторые сомнения относительно безопасности эксплуатации трубопровода. Руководители проекта не были уверены в том, что не появятся жидкостные пробки, которые разрушат трубопровод. Сегодня Норвежская экспортная газовая сеть состоит из более 7800 км трубопроводов (30" – 44"). Она также называется "норвежской газовой машиной". Мощность экспортной транспортировки составляет, примерно, 350 млн ст. м3 в сутки (миллионов стандартных кубометров в сутки). Кроме того, существуют несколько тысяч километров небольших внутрипромысловых трубопроводов для транспортировки потоков из скважин. Самым последним трубопроводом, проложенным Statoil, является Лангелед, полная длина которого от середины Норвегии до Изингтона в Соединенном Королевстве составляет 1200 км. Он соединяется с существующей сетью на полпути с целью обеспечения более надежной доставляемости (более надежной доставки газа) и с целью обеспечения опций смешивания, которого может потребовать качество газа. Последнее обусловливается тем, что каждого газовое месторождение обладает своими характеристиками качества газа, а европейский континент не вполне един во мнении относительно требованиям к качеству газа.  Вот некоторые вехи в развитии норвежской газопроводной сети:
Будущее предсказать трудно, но некоторые оптимисты все равно пытаются это сделать. Уподобляясь им, я попытаюсь изобразить будущее транспортировки газа вдоль побережья Норвегии.  Этот художественный слайд выполнен консультантом по поручению Норвежского департамента по нефти и энергии. Предполагается, что он изображает реально допустимое положение вещей в 2030 году. На рисунке Баренцево море делится на юг и на север. Линии здесь (трубопроводы) являются концептуальными и могут отличаться от фактических трасс. Картинка должна показывать пошаговое развитие от юга к северу, туда, где встречаются российские и норвежские ресурсы и транспорты, и некоторые разработки уже осуществлены. В 2007 году начнется разработка месторождения Сневит, с которого добыча будет доставляться на землю, на расстояние около 145 км. В 2012-15 годах будет предположительно разрабатываться Штокманский северный трубопровод. Возможно, начнется и разработка нитки 2 Сневита и Голиата на юге Баренцева региона, в скором времени планируется начать разведку Халтен Нордлан в Норвегии. Это последнее вызовет расширение норвежской газовой сети на север. Упомянутое расширение газовой сети по направлению к европейскому континенту весьма условно учитывает возможные объемы газа из района Халтен/Нордлан. В 2020 году в западном секторе Баренцева моря, возможно, будут найдены новые месторождения, что может вызвать начало нового расширения газовой сети по направлению к северу. Примерно в тот же период производство газа на юге Норвегии, скорее всего, снизится, что даст в результате свободные транспортные мощности, ведущие на европейский континент. В 2030 году предполагаемое пошаговое развитие норвежской транспортной газовой сети в направлении севера может открыться для транспортировки газа из северного региона Баренцева моря на Европейский континент. Конечно, такая перспектива – лишь художественный взгляд на будущее, демонстрирующий один из многих возможных сценариев. Полного единства здесь нет до сих пор и, понятно, быть не может. Существует, например, очень устойчивое и довольно распространенное среди ряда крупных специалистов мнение, что производство газа на юге Норвегии со временем снизится, и откроются транспортные мощности, а добыча и производство газа передвинется дальше на север. Для этого потребуется транспортировка из региона, и, как следствие, - строительство новых трубопроводов. Их создание в шельфовом регионе с очень чувствительной экологической обстановкой и одновременно более суровой средой, скорее всего, повлечет необходимость еще более тесного международного сотрудничества в вопросах безопасности и экологии. ФИЛОСОФИЯ ОХРАНЫ ТРУДА, ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИИ Нашей целью является системный подход к безопасности и установление основных принципов безопасности. В философии нашего бизнеса HSE (здоровье, безопасность, окружающая среда, далее "ЗБЭ") является главным, или ключевым вопросом. Сегодня я попробую сфокусироваться на безопасности, но от нее зависят фактически все вопросы HSE. При разработке и осуществлении всех объектов и при развитии бизнеса выполняется и обновляется анализ риска. Должен приниматься только низкий риск, и, в целом, настолько низкий, насколько это практически возможно. Данный постер ЗБЭ является частью наших самых главных управленческих документов. В нем утверждается, что нашей целью является нулевая опасность, и мы верим, что можно предотвратить любые несчастные случаи.  Наиболее важными вопросами, касающимися основных принципов безопасности, являются следующие: каковы критерии проектирования современного трубопровода? Как должен проектироваться трубопровод? Должна быть также рассмотрена вероятность нагрузок.Общий критерий современного проектирования – трубопровод должен быть разработан так, чтобы риск был приемлемым. В разработке должны также рассматриваться последствия. Риск должен быть определен как комбинация "вероятности отказа" и "Последствия отказа":
Мы основываем свое проектирование на документе DNV, стандарте морских установок OS-F101 "Системы подводных трубопроводов". Это признанный промышленный стандарт и широко используемый свод правил для трубопроводов, рассматривающий критические аспекты проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации трубопроводов. DNV OS-F101 считается сейчас передовым стандартом. Этот стандарт был разработан в сотрудничестве с международной трубопроводной промышленностью и принимается как базис для соблюдения требований Норвежского нефтяного директората (NPD) в норвежских водах. Так как DNV OS-F101 является новейшим и хорошо задокументированным сводом правил для разработки и строительства подводных трубопроводов, Statoil использует его в качестве базиса для разработки все новых трубопроводов. DNV OS-F101 применим непосредственно к системам подводных трубопроводов, обычно до первого клапана или фланца на подходе к берегу. Принципы проектирования могут быть также применены к определенным береговым участкам трубопровода, например, к выходу на берег, при условии особого учета других факторов как, например, местные условия, вероятность повреждения третьими сторонами, последствия отказа и т.д. При обновлении существующих трубопроводов может оказаться, что береговые участки спроектированы по другим правилам или стандартам, и понадобится согласование с местными властями. В правила проектирования "DNV Design code OS-F101", которые составляют базис для наших работ по проектированию, включены исследования Statoil, которые приводят к меньшей степени консерватизма. Правила проектирования являются вероятностным подходом к проектированию трубопровода, основывающемся на – последствии отказа -> классы безопасности – вероятности отказа -> независимое рассмотрение каждого режима отказа Последствия обычно делятся на – гуманитарные – экологические – экономические Для трубопроводов это можно выразить в виде: – содержимого /Описи (экологические) – класса расположения (гуманитарные) Трубопровод классифицируется согласно классу безопасность в зависимости от последствий в случае отказа: Низкий: Нет риска для человека, небольшие экологические и экономические последствия, обычный класс для временных фаз Обычный: Обычная классификация для эксплуатации Высокий: Риск для здоровья человека, значительные экологические и экономические последствия, обычная классификация в зоне платформы Содержимое делится на 5 категорий: A. Жидкости на основе воды B. Нефть C. C азот, аргон или воздух D. Метан E. Газ Кроме того, правила требуют деления трубопроводной системы на классы места нахождения:
По очевидным причинам место нахождения под водой значительно безопаснее, чем береговой трубопровод. Для эксплуатируемых морских трубопроводов ожидаемые величины FAR (норма летального несчастного случая) равны нулю. Воздействие на человека происходит на береговых терминалах и на платформах. ПРОЕКТИРОВАНИЕ Подводные магистральные газопроводы характеризуются высоким давлением, большими расстояниями и большим диаметром. Трубопроводы обычно изготавливаются из углеродистой стали с наружным покрытием от коррозии и для утяжеления. Обычно в них также есть внутреннее покрытие для снижения трения и защиты от коррозии. Первые вопросы, которые возникают при проектировании трубопроводной системы, касаются наличия технологии:
Концептуальное решение для трубопроводных систем формируется на ранней стадии проектирования. Основными конструктивными параметрами и исходными условиями являются следующие:
 Все эти параметры могут влиять на целостность трубопровода. И если требуется новая технология, возрастают не только экономические расходы, но и риск. Очень важно учесть и дополнительные аспекты, которые очень важны:
Данные по окружающей среде: – Величина волн (обычно есть в базе данных, однако новая среда требует измерения) – Течения – измерения за год – Ледовая обстановка, сейсмичность
Длинные безопорные пролеты, когда трубопровод лежит как мост с одной точки опоры до другой, могут представлять собой риск для безопасности, который нужно контролировать в случае разработки. Нагрузки должны быть распознаны и просчитаны, и должна быть известна опора, на которой покоится трубопровод. Важно получить как данные по прокладке, так и данные по последующему развитию свободных пролетов. Не могут ли образовываться, например, свободные пролеты изолятора коррозии? Трубопровод может подвергаться воздействию течения и, таким образом могут появиться вихри Кармана. Свободные пролеты, подверженные воздействию вихревых потоков, могут испытывать усталостные разрушения, подобные заводской трубе (у которой есть эта внешняя спираль для ослабления вихрей)  Важно нанести на карту и знать другие действия, возникающие вдоль маршрута. Свободные пролеты на предыдущем слайде также подвергаются воздействию от рыбной ловли тралами. На этом слайде показано несколько видов траления. Он также показывает пример схем траления, отслеженных со спутника.  Важно найти и нанести на карту картинку возможных действий и соответствующие нагрузки, то есть интенсивность ловли рыбы, частоту как количество тралов, плотность тралов, данные по орудиям тралового лова как, например, размер, форму, скорость, превалирующий угол пересечения, и не забыть возможное в будущем развитие. Обычно маршруты можно разбить на зоны по таким воздействиям. Трубопровод может подвергаться ударным нагрузкам, протяжке через него и зацепке. В результате ударных нагрузок могут появиться вмятины на стенке трубы, и во время проектирования, и на протяжении всей фазы осуществления проекта следует выполнять испытания на ударную нагрузку, чтобы проверить сопротивляемость труб. Для обеспечения протяжки орудий лова через пролеты важно знать высоту пролета, скорость буксировки, тип и размеры орудий тралового лова. Другими воздействиями могут быть падающие предметы, бросаемые или волокущиеся якоря и якорные цепи. В некоторых районах маршрут трубопровода может проходить через зоны прошлых военных действий, где могут представлять опасность оставшиеся взрывчатые предметы. Все найденные риски и воздействия должны быть учтены еще на фазе проектирования и включены в требования к проектированию, и для них должна быть предусмотрена защита, а если нет, избежать их можно, лишь выбрав альтернативный маршрут. Существует несколько методов защиты.  Для противостояния внешним нагрузкам и воздействиям можно одеть трубопровод в бетон. Покрытие можно также применять для защиты от коррозии, снаружи и внутри. Наружное покрытие служит главным образом для защиты от коррозии, но в качестве дополнительной защиты в местах без покрытия или его нарушения может применяться катодная защита. Кроме того, можно применить в некоторых случаях допуск на коррозию. Внутреннее покрытие дополнительно усиливает мощность трубопровода и таким образом может способствовать получению дополнительного дохода, если эта мощность понадобится. Также можно применять покрытия типа матрацев против падающих предметов. Структуры, показанные на рисунке, обычно применяются в конкретных случаях, например, чтобы дать возможность тралам переходить через оборудование – стойкое к нагрузкам со стороны тралов. Кроме того, можно воспользоваться углублением трубопровода в траншею или навалом на него камней. Для защиты от внутреннего сверхдавления требуется наличие источника давления, которое может создать в трубопроводе аномально высокое давление. Толщина стенки, которая сама по себе создает эффект защиты при высоких величинах давления, может в этом контексте быть полезной. Также благотворным фактором является размер, так как, чем больше трубопровод, тем большей стойкостью он обладает по сравнению с трубопроводами меньшего размера. В целом магистральные газопроводы больше нефтяных трубопроводов. Диапазон рабочих давлений для длинного морского магистрального газопровода весьма широк по сравнению с береговыми линиями, в особенности между давлением на входе (апстрим), составляющим 150 – 250 бар, и давлением ниже (даунстрим), составляющим 60 – 80 бар на дистанции нескольких сот километров. Чтобы заметить закрывание клапана даунстрим по давлению апстрим, может понадобиться несколько часов. Если это не "упакованный" трубопровод, можно заметить падение давления во время работы трубопровода и снизить номинальное давление для той его части, что находится ниже по потоку.  Система трубопроводов может быть разбита на секции, имеющие различные величины номинального давления, при условии, что система управления давлением обеспечивает для каждой секции сохранение стабильного местного номинального давления во время обычной работы, а также непревышение максимального случайного давления во время случайных операций. Оба трубопроводных стандарта DNV и ISO допускают усиленную эксплуатацию в случаях, когда можно продемонстрировать, что максимальное местное случайное давление не повышается более чем на 5% выше местного номинального давления. Это отражает улучшенную конструкцию и работу сегодняшней технологии изготовления трубопроводов и систем регулирования. Мы пользуемся этим, приняв концепцию разделения трубопроводов на секции с различным номинальным давлением, что особенно хорошо подходит для новых длинных трубопроводов, существующих трубопроводов с большой глубиной воды выше по нитке и большой толщиной стенки и для врезки новых трубопроводов в существующую инфраструктуру. При введении секции с отличным номинальным давлением происходит лучшая утилизация материала и значительное снижение капитальных вложений. Рабочее давление во время нормальной работы должно быть всегда ниже местного номинального давления. Переходящий запас газа в трубопроводе при всех стабильных рабочих условиях должен соответствовать "установившемуся" давлению, которое ниже местного номинального давления в любой секции трубопроводной системы, то есть, когда расход подходит к нулю, давление сравнится с местным номинальным давлением, и переходящий запас будет на своем максимуме. Установившееся давление – это давление, когда потока в системе нет. Критерий допустимого риска в отношении годовой вероятности отказа, установленный для систем защиты от избыточного давления согласно лучшим практикам Statoil, составляет:
Кроме того, для уменьшения вероятности служит реакция человека, или вмешательство оператора. Для недопущения ситуации избыточного давления устанавливаются следующие барьеры:
 Фундаментальным требованием в этой концепции является то, что реализованные системы регулировки давления и системы защиты от превышения давления будут обеспечивать тот же уровень безопасности, которым обладает трубопровод с одинаковым номинальным давлением. Тогда установившееся давление в обычной ситуации закрытия не превосходит нижнее номинальное давление. Если номинальное давление вдоль трубопровода одинаково, выполнения измерений на выходе трубопровода не нужны. Измерения давления на выходе требуются тогда, когда вдоль трубопровода имеются колебания давления. Statoil недавно ввел новое техническое решение, использующее измерение потока на входе, в некоторых случаях с изменяющимся номинальным давлением. В настоящее время Statoil получает на это патент. Также типичным для Statoil решением является наличие заданной меняющейся уставки ниже по линии (даунстрим). Это улучшает общую эксплуатационную готовность и возможность доставки потребителям. Кроме того, важно, чтобы система защиты от превышения давления также обладала отличной работоспособностью, обычно 10-5. БЕСПЕРЕБОЙНОСТЬ ПОСТАВОК Бесперебойность поставок является важным вопросом как для потребителей, так и для производителей. Эксплуатация трубопровода должна планироваться на фазе разработки. Требуется, чтобы трубопроводы можно было проверять, а также очищать. Проверка может быть внутренней и внешней (дистанционно управляемые аппараты, скребки). Важным вопросом является запись мониторинговых данных и данных проверок, истории трубопровода. Другими важными вопросами являются техническое обслуживание и ремонт, а также внештатные ситуации. Обычно требуется, чтобы через трубопроводы можно было пропускать скребки для проверки и очистки. В некоторых случаях скребки нужно разрабатывать на стадии проектирования, например, скребки для нескольких диаметров. Внутренняя проверка трубопроводов производится при помощи дефектоскопических снарядов. Дефектоскопические снаряды могут работать на ультразвуковом принципе для обнаружения трещин и дефектов в стенке трубы. Также они могут работать на магнитном принципе для измерения толщины трубы и потерь металла. Скребками можно также пользоваться для визуальной проверки. Поток должен отслеживаться, и для норвежских транспортных трубопроводов требуется система обнаружения утечек. Другими аспектами, которые должны быть рассмотрены на стадии проектирования, являются мониторинг и оценка продукта в отношении внутренней коррозии и другие аспекты. Операционный мониторинг и контроль осуществляются из диспетчерской при помощи таких систем контроля как, например, SCADA (система контроля и сбора данных) или DPSM (динамический метод планирования на основе приоритетов) которые основываются на онлайновых сигналах значений, например, состояния клапанов, давления, температуры, массы, плотности и состава, получаемых для кондиционирования и транспортировки. Бесперебойность поставок можно также обеспечить или улучшить, разработав комплект инструментов для ремонта. В конструкции трубопровода должна быть учтена возможность производства ремонта. Парк для системы ремонта трубопроводов (PRS) обеспечивает аварийный ремонт более чем 8000 км морских трубопроводов в Северном море и в Норвежском море. Глубина воды – до 600 м (850 м), в настоящее время продлевается до 2000 м. Диаметры трубопроводов – от 8 до 42 дюймов, в настоящее время расширяется до 44 дюймов. Это всеобъемлющий набор оборудования для операций по подключению, по ремонту повреждений, по изоляции и по дистанционной врезке без прекращения эксплуатации. По поручению группы владельцев норвежской системы транспортировки газа Statoil заключил необходимые контракты для обеспечения постоянной работоспособности системы. Это некоммерческое соглашение и модель участия членов, основывающаяся на долевом участии в расходах. Типичное время выполнения ремонта составляет от 40 до 100 дней в зависимости от повреждения. На основной картинке показан сварочный модуль, позволяющий выполнять ремонт трубопроводов диаметром от 8 до 42 дюймов, и две большие H-образные рамы, используемые для манипуляций с трубой. Картинка на вставке показывает соединительную раму с двумя H-образными рамами меньшего размера, которые выполняют механическое соединение труб размером от 12 до 20 дюймов. Для соединений большего размера, до 42 дюймов, используется часть этой системы вместе с большой соединительной рамой.  ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ФАКТОР Ни один отказ не должен приводить к ситуациям, угрожающим жизни, или к появлению неприемлемого повреждения объектов или окружающей среды. Человеческие ошибки должны контролироваться требованиями к организации работ, компетенцией, верификацией и обеспечением качества.  Фундаментальным фактором для достигнутого уровня безопасности является компетенция. Мы рассматриваем компетенцию как нечто большее, чем просто знание. Компания и ее сотрудники должны также обладать качеством, которое можно по-другому назвать изобретательностью или, возможно, силой воли. Кроме того, если вы обладаете компетенцией и ресурсами, но не проявляете желания строить удовлетворительную систему безопасности, она не будет реализована. Понимание риска является, возможно, в той или иной степени, то же, что и компетенция, и очень важным является понимание этих вопросов. Процедуры обычно разрабатываются инженерами на стадии проектирования, хотя и на поздней (по крайней мере, первая версия). Процедуры должны быть корректными, простыми и точными. Мы считаем, что для безопасной работы важнейшее значение имеют барьеры, равно как и другие вопросы. Мы уверены, что наши специалисты могут развить свои навыки по принудительной постановке барьеров: наше поведение и наше отношение к работе. Несколько лет назад Statoil начал осуществлять программу безопасного поведения для всех работников. Целью программы безопасного поведения является поощрение всех к такому принятию решений и к таким действиям, которые обеспечивают невозможность травм в нашей повседневной жизни. Задачей этих семинаров является достижение соглашения, совместного с нашими коллегами, о том, что мы должны сделать по-другому, чтобы достичь этой цели. Целью последующей после семинаров работы является укрепление антитравматических барьеров, на которых строится данная программа. Эта программа безопасного поведения, охватывающая почти 25 тысяч человек, является нашим самым большим достижением в области охраны труда, техники безопасности и охране окружающей среды. Программа безопасного поведения фокусируется на мягких, или человеческих, барьерах: на нашем поведении и на жизненной позиции. Мы полагаем, что это в равной степени важно на стадии проектирования, как и при эксплуатации. ЗАВЕРШАЮЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ  На этом слайде подводятся итоги по некоторым элементам, о которых я говорил выше, и которые очень важны на стадии проектирования для обеспечения максимальной безопасности при разработке конструкций. Находясь непосредственно в центре картинки, мы считаем, что компетенция и барьеры очень важны для безопасности. Желаю Вам безопасного дня!
Перевод с английского выполнен представителями Городского центра экспертиз (ГЦЭ). Читайте далее:  Аварии : причины и следствия - Состояние промышленной безопасности при эксплуатации подъемных сооруж Документы ПБ - Новые нормативные документы. От полюса до полюса - Сигурд ГААРД: Аспекты безопасности при проектировании больших морских трубопро Аварии : причины и следствия - В ночь на 9 января 2008 года в Казани произошел взрыв бытового газа . Хроника чрезвычайных происшествий - Информация за октябрь 2007 г. Хроника чрезвычайных происшествий - Информация за ноябрь-декабрь 2007 г Статьи - Коллегия Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. Хроника чрезвычайных происшествий - Информация за январь 2008 г. Статьи - Проектирование и эксплуатация опасных производственных объектов. Статьи - Проблемы и перспективы осуществления государственного строительного надзора. Опыт и практика - Виктор ИШАЕВ: Переход от сырьевой политики к созданию мощного сектора переработки. Хроника чрезвычайных происшествий - Информация за март 2007 г. Статьи - Об организации надзора в области промышленной безопасности на объектах, эксплуатирующих авт
|
