Обеспечение безопасности инфраструктуры газовых месторождений средствами ALARP и системного подхода

   Введение. Значимую часть мировой и государственной экономики составляют добыча и поставка углеводородного сырья. Актуальность вопросов безопасности в этой сфере сохранится в течение ближайших десятилетий. Проблема активно обсуждается в профессиональном и научном сообществе. Публикуются теоретические и прикладные работы. Просчитываются и внедряются локальные, точечные методы, которые позволяют предсказывать и предупреждать аварийные ситуации в определенных узлах рассматриваемых объектов. При этом нет достаточно обоснованных и воспроизводимых системных решений, способных учитывать состояние, например, нефтяного или газового промысла как единого комплекса и выступать индикаторами не только обычных локальных аварий, но и системных аварий — катастроф. Такое научно и экспериментально обоснованное решение описано в представленной статье. Подход предложен в рамках формирования комплексной научно-технической программы (КНТП) обеспечения безопасности природно-техногенных объектов (ПТО).

   Цель работы — описать практику его применения в условиях конкретных газовых промыслов и обосновать отказ от ориентации на решения, учитывающие только минимальный практически приемлемый риск, то есть построенные по принципу ALARP (англ. as low as reasonably practicable).

   Материалы и методы. Исходными для статьи стали результаты проведенных с участием авторов натурных испытаний природно-техногенных объектов (ПТО) нефтегазового комплекса — Южно-Русского месторождения ОАО «Севернефтегазпром» (СНГП), ООО «Газпром добыча Ямбург» («ГДЯ») и газоперекачивающей станции (ГПА) «Орловка-2» (Украина). Значимые результаты получены и доказательно физически интерпретированы при приемо-сдаточных испытаниях сертифицированного на взрывобезопасность, созданного под руководством авторов прототипа системы противодействия развитию катастроф (СПРК) на установке комплексной подготовки газа (УКПГ) в ООО «ГДЯ в 2006 году. При этом впервые в мировой практике был актирован факт раннего обнаружения и парирования без последствий средствами СПРК на УКПГ-2 развития масштабной общепромысловой катастрофы. В виде графиков визуализированы выявленные закономерности ПТО, позволившие сформировать предвестники развития аварий и катастроф на ПТО ООО «ГДЯ», СНГП и ГПС «Орловка-2». Представлена информация о высокой экспериментальной воспроизводимости полученных результатов. Отработана технология раннего обнаружения и парирования всех типов потенциально опасных самовозбуждающихся системных явлений на реальных ПТО инфраструктуры — автоколебаний. Представлены три случая их возбуждения на реальных газовых промыслах.

   Результаты исследования. Показана фрагментарность и локальность систем аварийной защиты ПТО, базирующихся на принципе ALARP. Следствием этого стала его полная непригодность для раннего обнаружения и противодействия самоорганизованно возбуждающимся наиболее масштабным и затратным системным авариям — катастрофам, представляющим собой процессы многофакторные, ни один из факторов в которых не является определяющим. Предложенное авторами и доведенное до рабочего состояния альтернативное комплексное решение проблемы базируется на адаптированном к ПТО нефтегазового комплекса системном подходе. Обработаны и проанализированы измеряемые параметры разных ПТО инфраструктуры — промыслов ООО «ГДЯ» и СНГП в моменты развития на них автоколебательных режимов, обусловленных самоподдерживающимися нелинейными механизмами взаимодействия элементов ПТО с постоянными (не колебательными) источниками восполнения энергии. Проиллюстрировано три таких режима самовозбуждения. Наиболее информативными при этом оказались переходные режимы работы оборудования. По экспериментально отработанным авторами технологиям были проанализированы области критических режимов работы оборудования с выраженными потенциально опасными точками бифуркации. Представлен результат наложения обработок измеряемых параметров восьми натурных испытаний ПТО — графиков безразмерных амплитудно-частотных характеристик взаимосвязей реальной динамической системы: «вход — корпус охлаждения газа» → «выход — трубная обвязка корпуса» на частоте автоколебаний.

   Обсуждение и заключение. Возможности ALARP не отвечают задачам системного мониторинга возникновения и развития опасных инцидентов на газовых месторождениях. Этот вывод можно отнести ко всем типоразмерам ПТО инфраструктуры России. Для обеспечения комплексной наблюдаемости, управляемости, безопасности и защищенности ПТО следует задействовать принципиально иные решения. Рекомендована комплексная научно-техническая программа: «Инновационные программно-аппаратные средства и технологии в обеспечение наблюдаемости, управляемости, безопасности ПТО инфраструктуры России».

1. Дедученко Ф.М. Технологические, экологические и организационные аспекты обеспечения природно-техногенной безопасности нефтегазовой отрасли России. В: Пути реализации нефтегазового потенциала Западной Сибири. Материалы XXV науч.-практ. конф. Ханты-Мансийск: Научно-аналитический центр рационального недропользования им. В.И. Шпильмана; 2022. С. 12–28

2. Дмитриевский А.Н., Мастепанов А.М., Бушуев В.В. Ресурсно-инновационная Стратегия развития экономики России. Вестник Российской академии наук. 2014;84(10):867–873.

3. Бак П. Как работает природа. Теория самоорганизованной критичности. Москва: URSS; 2022. 288 с.

4. Малинецкий Г.Г. Чудо самоорганизованной критичности. В кн.: Как работает природа. Теория самоорганизованной критичности. Москва: URSS; 2022. С. 13–44.

5. Акимов В.А., Дедученко Ф.М., Дурнев Р.А., Рвачев А. Т., Арабский А. К., Кульчицкий А. Б. и др. Концепция создания единой системы комплексной техногенной безопасности и защищенности промыслов нефтегазового комплекса РФ. Газовая промышленность. 2015;(S4(732));70–83.

6. Дедученко Ф.М. Проект противодействия развитию катастроф на природно-техногенных объектах инфраструктуры России. Надежность и безопасность энергетики. 2021;14(3):111–117. doi: 10.24223/1999-5555-2021-14-3-111-117

7. Cox L.A. What’s wrong with risk matrices? Risk analysis. 2008;28(2):497–511. doi: 10.1111/j.1539-6924.2008.01030.x

8. Pickering A., Cowley S.P. Risk Matrices: implied accuracy and false assumptions. Journal of Health & Safety Research & Practice. 2010;2(1):11–18. URL: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/7634511/-mod_resource/content/0/Risk%20matrices%20false%20assumptions.pdf (дата обращения: 02. 10. 2023).

9. Bychkov S., Rudnitska R., Maggs R., Kesteren M., Aramyan G., Németh E. et al. Risk assessment in audit planning. A guide for auditors on how best to assess risks when planning audit work. 2014. 46 p. URL: https://www.pempal.org/sites/pempal/files/event/attachments/cross_day-2_4_pempal-iacop-risk-assessment-in-audit-planning_eng.pdf.

10. Новожилов Е.О. Принцип построения матриц рисков. Надежность. 2015;3:73–86. URL: https://www.dependability.ru/jour/article/view/98

11. Карманов А.В., Телюк А.С., Шершукова К.П. Реализация принципа ALARP при синтезе многоканальной системы противоаварийной защиты. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2014;(6):36–40.

12. Телюк А.С. Синтез систем противоаварийной защиты для процессов подготовки продукции нефтегазовых скважин. Автореф. дис. канд. тех. наук. Москва; 2014. 24 с. URL: https://new-disser.ru/_avtoreferats/01007881385.pdf?ysclid=lpmoogd1bk891406616 (дата обращения: 02. 10. 2023)

13. Телюк A.C. Программное обеспечение автоматизированного синтеза систем противоаварийных защит. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2014;1:36–39.

14. Гапанович В.А., Шубинский И.Б., Замышляев А.М. Метод оценки рисков системы из разнотипных элементов. Надежность. 2016;(2):49–53. URL: https://www.dependability.ru/jour/article/view/155/0