Предотвращение аварий зданий и сооружений

НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И ОРГАНИЗАЦИОННОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

РЕЗЕРВУАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Ханухов Х.М.

Генеральный директор ООО «НПК Изотермик», г.Москва,

доктор технических наук, член-корреспондент АИН РФ Алипов А.В.

Начальник отдела ООО «НПК Изотермик», г.Москва, кандидат физико-математических наук Более 70% оборудования, эксплуатирующегося в настоящее время в России, выработало свой ресурс (имеет срок эксплуатации 30-35 и более лет). Известно, что отказы и аварии любого оборудования происходят в начальный период эксплуатации (дефекты монтажа), затем следует период безаварийной работы, а после 15-20 лет эксплуатации количество отказов, аварийных ситуаций резко возрастает вследствие накопления повреждений, возникших при эксплуатации. Российская производственная база в целом приближается к этому рубежу.

Одними из наиболее опасных объектов были и остаются различные виды резервуаров [1]: резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов; изотермические резервуары для хранения сжиженных газов и др.

Причины этого заключаются в высокой взрывопожароопасности хранимых продуктов, больших размерах конструкций и связанной с этим большой длиной сварных швов, нарушениях правил строительства и эксплуатации и др.

В настоящее время в России и странах СНГ в эксплуатации находится более 40 тысяч вертикальных и горизонтальных цилиндрических резервуаров емкостью от 100 до 50000 м3 для хранения агрессивных химических веществ, нефтепродуктов и других жидкостей, более 2000 шаровых резервуаров емкостью от 600 до 2000 м3 для хранения сжатых и сжиженных газов под давлением и температуре окружающей среды, более 60 изотермических резервуаров емкостью от 5000 до 30000 м3 для хранения сжиженных газов при пониженных температурах [1].

I. Анализ аварий резервуаров [1-9] Анализу причин аварий резервуаров посвящен ряд работ [1-6]. Начиная с 2003 г., в журнале Ростехнадзора «Безопасность труда в промышленности» ведется рубрика «Хроника аварий», где систематически публикуются сведения об авариях резервуаров.

С каждым годом количество аварий на резервуарах возрастает в связи с тем, что больший процент из них выработал свой проектный ресурс.

Предотвращение аварий зданий и сооружений Износ эксплуатируемых вертикальных стальных резервуаров (РВС) составляет 60-80%. В системе трубопроводного транспорта, например, более 3000 РВС находятся в эксплуатации более 50 лет, свыше 1000 РВС – от до 50 лет [4].

Практически каждый из них представляет собой объект повышенной опасности для персонала предприятий, населения, соседних сооружений и окружающей среды.

Интенсивность возникновения зарегистрированных аварий за последние 10 лет составляет от 2 до 11 разрушений резервуаров в год.

Основными причинами аварий резервуаров являются:

– нарушения правил эксплуатации резервуаров;

– неоднородная осадка основания, приводящая к образованию трещин и разрушению;

– дефекты сварных соединений;

– коррозионный износ днища и нижней части первого пояса;

– дефекты формы резервуара;

– склонность некоторых марок сталей к охрупчиванию при низких температурах;

– стихийные бедствия (грозы, землетрясения и др.).

Рис. Предотвращение аварий зданий и сооружений На основании анализа отечественных и зарубежных источников профессором В.Б.Галеевым [2] в 1987 г. предложена классификация причин аварий, показанная на рис. 1.

В приведенной классификации не указана относительная роль каждого фактора в причинах аварий.

Приведем сравнение причин аварий по данным прошлых лет (примерно с 1965 по 1995 г.) и по данным за последнее десятилетие.

В табл. 1 приведены данные по анализу физических причин аварий на примере 65 аварий, произошедших за 30 лет (примерно с 1965 г. по 1995 г.) с сосудами наиболее распространенных типов вместимостью более 500 м3, такими как: резервуары для нефти и нефтепродуктов, газгольдеры, изотермические резервуары, сосуды давления, резервуары для холодной и горячей воды). При анализе использованы данные В.В. Кузнецова, а также материалы, опубликованные в работах [4-6].

Таблица № Причина аварии Процент к итогу п/п 1 Хрупкое разрушение 63, 2 Взрыв и пожар 12, 3 Образование вакуума 7, 4 Коррозионный износ 3, 5 Просадка основания 1, 6 Ураганный ветер 1, 7 Прочие причины 10, ИТОГО Список этот не полон. Так, по данным ЦНИИПСК им. Мельникова [5] общее число аварий может быть в 3-5 раз больше регистрируемых.

Из табл. 1 видно, что наиболее частой причиной аварий резервуаров в прошлом являлось хрупкое разрушение, происходившее, как правило, в форме лавинного разрушения с отрывом стенки от днища и кровли. В 65% случаев разрушение происходило по монтажным сварным соединениям стенки резервуара.

Среди основных причин аварий резервуаров в прошлом 70% случаев – дефекты строительства, 17% – недостатки проекта, 11% – нарушение правил при эксплуатации. Анализ распределения ответственности за аварии по причине недостатков строительства показывает, что в 60% случаев аварии происходят по вине монтажной организации и около 30% случаев – по вине завода-изготовителя.

Предотвращение аварий зданий и сооружений Рассмотрим далее характер изменения причин аварий резервуаров в последние годы (табл. 2). Нами проведен анализ причин аварий, произошедших с конца 2002 г. по конец 2010 г. по публикациям в журнале «Безопасность труда в промышленности». В число аварий включены также несколько случаев, произошедших ранее 2002 г., а также две аварии 2009 и 2010 гг., известные авторам статьи, и не учтенные другими исследователями. Всего за указанный период зарегистрировано 54 аварии различной степени тяжести (см. приложение). Диаграмма распределения числа аварий по годам представлена на рис. 2.

Таблица Нарушение правил промышленной безопасности зачистке резервуара Выполнение огневых работ на работающем резервуаре, повлекшее пожар Неравномерная осадка днища резервуара, повлекшая образование свищей или разрывов по сварным 3 соединениям Разрушение элементов резервуара от снеговой нагрузки (ошибки проекта) Нарушения условий гидро/пневмоиспытаний, повлекшие недопустимые деформации резервуара Прямое сравнение частоты и причин аварий по табл. 1 и 2 затруднено из-за неполноты данных, предоставленных Госгортехнадзору владельцами резервуаров в 60-90-е годы XX в. Кроме того, в табл. 1, повидимому, включены только аварии, приведшие к разрушению резервуаров, в табл. 2 включены и другие виды аварий.

Все же общая тенденция изменения причин аварий прослеживается.

Если в прежние годы основной причиной аварий резервуаров было хрупкое разрушение (см. табл. 1), то в последние годы хрупкое разрушение происходит в единичных случаях. Аналогичный вывод сделан А.А. Тарасенко [4]. В США хрупкое разрушение стенки резервуара также чрезвычайно редкое явление (см. ниже).

Число аварий РВС В настоящее время в эксплуатации находятся резервуары, большая часть которых построена в 70-е – 80-е годы XX в. Возможно одной из причин резкого снижения количества аварий по причине хрупкого разрушения сварных соединений является то, что технология сварки и контроль качества сварных соединений достигли своего пика именно в те годы.

Из представленных данных следует, что основную причину аварий – более 60%, а с учетом аварий, происшедших от неуказанных причин, – около 70%, в последние годы составляет так называемый «человеческий фактор» – нарушение правил промышленной безопасности при сдаче резервуаров в эксплуатацию, при эксплуатации резервуаров, при освобождении от продукта и зачистке резервуаров, при ремонте резервуаров.

В прежние годы по данным [5] на нарушение правил безопасности приходилось 11% аварий!

Таким образом, налицо деградация производственной культуры.

«Моральный и физический износ производственных фондов, потеря квалификации работников – вот лишь некоторые признаки неизбежного роста промышленной опасности в нашей стране» [22].

Опасные объекты опасны для производства, населения и окружающей среды вторичными последствиями аварии. Согласно [7] все верПредотвращение аварий зданий и сооружений тикальные резервуары разделены на три класса по степени опасности, тяжести последствий и размеру материального ущерба при возможных разрушениях:

класс 1 – особо опасные резервуары: резервуары объемом 10000 м3 и более, а также резервуары объемом 5000 м3 и более, расположенные непосредственно по берегам рек, крупных водоемов и в черте городской застройки;

класс 2 – резервуары повышенной опасности: резервуары объемом от 5000 до 10000 м3;

класс 3 – опасные резервуары: объемом от 100 до 5000 м3, не попадающие под классы 1, 2.

Отношение возможного общего материального ущерба от аварии к первичным затратам на строительство резервуара (без учета стоимости хранимого продукта) для резервуаров указанных трех классов составляет согласно работе [5]:

1-й класс опасности – коэффициент тяжести ущерба – до 500;

2-й класс опасности – коэффициент тяжести ущерба 10-50;

3-й класс опасности – коэффициент тяжести ущерба не более 10.

Ущерб от аварии на опасных производственных объектах в общем случае выражается формулой [10, 11]:

где Па – полный ущерб от аварии, руб.;

Ппп – прямые потери организации-владельца опасного производственного объекта;

Пла – затраты на локализацию (ликвидацию) и расследование аварии;

Псэ – социально-экономические потери (затраты, понесенные вследствие гибели и травматизма людей);

Пнв – косвенный ущерб, Пэкол – экологический ущерб;

Пв.тр. – потери от выбытия трудовых ресурсов в результате гибели людей или потери ими трудоспособности.

Оценим частоту аварий резервуаров. При количестве резервуаров 40 тыс. единиц и среднем сроке их эксплуатации 40 лет получаем общее число резервуаро-лет Nt = 1600000. (Резервуаро-годы – произведение числа резервуаров на средний срок службы). По данным, приведенным в табл. 1 и 2, а также с учетом замечания ЦНИИПСК им. Мельникова о том, что реальное число аварий в прежние годы было в 3-5 раз выше числа зарегистрированных аварий, общее количество аварий за 40 лет могло составить около 400. Частота аварий резервуаров в год по оценке 400/Nt 2,510-4. Наша оценка согласуется с данными работы [10].

В табл. 3 приведены данные по инцидентам и авариям в США, взятые из стандарта API-581 «Инспекция наземных резервуаров на основе анализа рисков» [12].

Предотвращение аварий зданий и сооружений Причина инцидента (аварии) Днище резервуара Сварная стенка резервуара Хрупкое разрушение стенки* (для резервуаров, проходивших 0,10 периодическое обследование) Хрупкое разрушение стенки (для резервуаров, не проходивших 3,85 обследование) Клепаная стенка резервуара Всего по всем элементам всех видов резервуаров * С 1971 года в США опубликовано в открытой печати два случая хрупкого разрушения стенки РВС из общего парка 33300 резервуаров объемом 5000 м3 и более:

1) РВС объемом 10000 м3 с сырой нефтью;

2) РВС объемом 15000 м3 с дизельным топливом Табл. 3, в частности, показывает, что проведение периодических обследований резервуаров резко (в 40 раз) снижает риск аварии резервуара, вызванной хрупким разрушением.

Данные из API 581 по отказам резервуаров по причине образования течи днища в США за 1988-1993 годы приведены в табл. 4.

Сравнение российских и американских данных по причинам аварий резервуаров показывает, что в США 87% аварий приходится на течь днища. В российских данных течь днища вообще не включена (видимо, устраняется владельцем резервуара и не доводится до сведения Ростехнадзора).

В то же время в американских данных не включено такое понятие, как «нарушение правил безопасности, повлекшее аварию», хотя наверняка оно тоже имеет место.

Поэтому, если из российской частоты аварий 2,5-3,010-4 исключить 60-70% аварий, произошедших по вине «человеческого фактора», то мы получим примерно ту же частоту аварий, произошедших помимо «человеческого фактора» 110-4, что и в США (см. табл. 3 «Сварная стенка резервуара»).

II. Возможный материальный ущерб от аварий резервуаров [4, 6] В табл. 5 представлены данные по стоимости резервуаров и возможному ущербу от аварий для резервуаров различных классов [6]. Для оценки взята примерная рыночная стоимость сооружения резервуаров и содержащихся в них нефтепродуктов по состоянию на первый квартал 2011 г.: стоимость 1 т металлоконструкций – 4300-5000 $, цена 1 барреля нефти сорта Urals – 102 $, средняя цена 1 барреля бензина в России – 137 $ (25 р/л)).

Объем, м