image

Территория Нефтегаз № 10 2014

Эксплуатация и ремонт трубопроводов

01.10.2014 10:00 Представление расстояний от оси магистральных газопроводов до объектов и сооружений при подземной прокладке в виде аналитических зависимостей
В настоящей работе рассматриваются вопросы промышленной безопасности магистральных газопроводов, а также применение средств вычислительной техники для реализации функционально-аналитических зависимостей для определения минимальных расстояний от оси магистральных газопроводов до объектов и сооружений при подземной прокладке. Описываемые подходы позволяют обеспечить нормирование минимальных расстояний с учетом промышленной безопасности магистральных газопроводов, что является предметом пристального внимания специалистов топливно-энергетического комплекса США и ряда ведущих европейских стран, с привлечением методологии риска, позволяющей не только учесть вероятностную природу аварий и дать качественное определение опасности, но и наметить эффективные методы и средства понижения риска до приемлемого уровня. Определенные исследования в этом направлении ведутся и в России. Однако в настоящее время отсутствует единая научно-методическая база исследований в указанной области знаний, что затрудняет ее эффективное использование на объектах топливной энергетики, в частности на одном из важнейших ее технологических звеньев – магистральных газопроводах.

Ключевые слова: магистральный газопровод, эксплуатационный риск, окружающая среда, нормирование минимальных расстояний, отказ, вероятностные методы, статистические методы, значимость объекта, рабочее давление, диаметр газопровода.
Открыть PDF


Выбор трассы магистральных газопроводов должен производиться на основе вариантной оценки экономической целесообразности и экологической допустимости из нескольких возможных вариантов. При выборе трассы газопровода необходимо учитывать перспективное развитие городов и других населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, железных и автомобильных дорог и других объектов, а также проектируемого газопровода на ближайшие 25 лет. Кроме того, надо учитывать условия строительства и обслуживания газопровода в период его эксплуатации (существующие, строящиеся, проектируемые и реконструируемые здания и сооружения, мелиорация заболоченных земель, ирригация пустынных и степных районов, использование водных объектов и т.д.), выполнять прогнозирование изменений природных условий в процессе строительства и эксплуатации магистральных газопроводов [1, 2].

Особенности норм проектирования газопроводов являются постоянным предметом исследований многих специалистов [3–5]. Тем не менее современное состояние и тенденции в области проектирования, сооружения и эксплуатации магистральных газопроводов обуславливают постоянное совершенствование и изменение системы взглядов на многие нормативные требования, действующие в сфере трубопроводного транспорта природного газа, в частности на входящие в нормы проектирования требования к минимальным расстояниям от газопроводов до других объектов и строений. Вопросы пересмотра минимальных расстояний до объектов определенных типов в сторону увеличения этих расстояний возникают обычно в связи с авариями, сопровождающимися тяжелыми последствиями. Обратная тенденция, к уменьшению безопасных расстояний, возникает в связи с возрастающей важностью вопроса учета стоимости земель, занимаемых под газопроводы. В условиях рынка эта стоимость столь велика, что в некоторых странах в нормах проектирования почти не регламентируются требования к минимальным расстояниям от газопроводов до других объектов и строений. Указанные обстоятельства побуждают к разработке научно обоснованного методического подхода к анализу и уточнению минимальных расстояний на основе оценки технологического риска, возникающего при эксплуатации газопроводов.

Заложенный в нормативно-технических документах [6–8] принцип регламентации минимальных расстояний от оси магистральных газопроводов до объектов и сооружений при подземной прокладке можно формализовать, что необходимо для дальнейшего совершенствования подходов к нормированию одного из важнейших показателей. Для этого введем следующие обозначения: Lmin, м – расстояния от оси подземных газопроводов до населенных пунктов, отдельных промышленных и сельскохозяйственных предприятий, зданий и сооружений должны приниматься в зависимости от класса (Lmin.I– 1-й класс и Lmin.II– 2-й класс) и номинального диаметра (DN) газопроводов, степени ответственности объектов и необходимости обеспечения их безопасности; pw, МПа – рабочее давление; DN, м – номинальный диаметр газопровода; Nп = 1, 2, 3– значимость объекта, индекс п = 1, 2, 3 относится к соответствующему перечню объектов, зданий и сооружений On= O1, O2, O3. Критерий значимости объекта будет отражать прежде всего количество людей, живущих в близлежащем населенном пункте, а также, очевидно, народнохозяйственную значимость пересекаемого или прилежащего к газопроводу объекта, экологические и другие последствия его повреждения.Объекты, здания и сооружения O1: O1.1– города и другие населенные пункты; O1.2– коллективные сады с садовыми домиками, дачные поселки; O1.3– отдельные промышленные и сельскохозяйственные предприятия; O1.4– тепличные комбинаты и хозяйства; птицефабрики; O1.5– молокозаводы; O1.6– карьеры разработки полезных ископаемых; гаражи и открытые стоянки для автомобилей индивидуальных владельцев на количество автомобилей свыше 20 штук; O1.7– отдельно стоящие здания с массовым скоплением людей (школы, больницы, клубы, детские сады и ясли, вокзалы и т.д.); O1.8– жилые здания 3-этажные и выше; O1.9– железнодорожные станции; аэропорты; O1.10– морские и речные порты и пристани; O1.11– гидроэлектростанции; гидротехнические сооружения морского и речного транспорта 1–4-го классов; O1.12– очистные сооружения и насосные станции водопроводные, не относящиеся к магистральному трубопроводу, мосты железных дорог общей сети и автомобильных до-рог I и II категорий с пролетом свыше 20 м (при прокладке нефтепроводов и нефтепродуктопроводов ниже мостов по течению); O1.13– склады легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и газов с объемом хранения свыше 1000 м3; O1.14– автозаправочные станции; O1.15– мачты (башни) и сооружения многоканальной радиорелейной линии технологической связи трубопроводов, мачты (башни) и сооружения многоканальной радиорелейной линии связи; O1.16– телевизионные башни. Объекты, здания и сооружения O2: O2.1– железные дороги общей сети (на перегонах) и автодороги I–III категорий, параллельно которым прокладывается трубопровод; O2.2– отдельно стоящие: жилые здания 1–2-этажные: садовые домики, дачи; O2.3– дома линейных обходчиков; O2.4– кладбища; O2.5– сельскохозяйственные фермы и огороженные участки для организованного выпаса скота; полевые станы; O2.6 – мосты железных дорог промышленных предприятий, автомобильных дорог III, IV, III-п, IV-п категорий с пролетом свыше 20 м (при прокладке нефтепроводов и нефтепродуктопроводов ниже мостов по течению); O 2.7– территории НПС, КС, установок комплексной подготовки нефти и газа, СПХГ, групповых и сборных пунктов промыслов, промысловых газораспределительных станций (ПГРС),установок очистки и осушки газа. Объекты, здания и сооружения O3: O3.1– отдельно стоящие нежилые и подсобные строения; O3.2– устья бурящихся и эксплуатируемых газовых и артезианских скважин; O3.3– гаражи и открытые стоянки для автомобилей индивидуальных владельцев на 20 автомобилей и менее; O3.4– канализационные сооружения; O3.5– железные дороги промышленных предприятий; O3.6– автомобильные дороги IV, V, III-п и IV-п категорий, параллельно кото-рым прокладывается трубопровод; O3.7– вертодромы и посадочные площадки без базирования на них вертолетов. Исходные данные по величинам минимальных расстояний от оси магистральных газопроводов до объектов и сооружений при подземной прокладке, приведенные в нормативно-технических документах [6–8], сведены в таблице.

Теперь можно смоделировать таблицу, используя условие

 где L0, N0, p0, D0– некоторые базисные значения введенных величин; x, y, z –

неизвестные параметры.

Таким образом, с учетом описательно заданных условий ответственности объектов задается значение функции Lmin.I– 1-й класс или Lmin.II– 2-й класс от трех аргументов pw, DN, Nn в конечном числе точек.

Для численной реализации условия (1)–(2) зададим каждой позиции соответствующую взаимосвязь показателей

Nnи N0. Будем считать, что: A = N1/N0= 1,0; A = N2/N0= 0,1; A = N3/N0= 0,01, т.е.

чем больше величина отношения Nn/N0, тем выше народнохозяйственная значимость пересекаемого или прилежащего к газопроводу объекта. Кроме того, установим следующие базисные значения введенных факторов: D0= 1,0 м и p0= 10 МПа. При этом L0 считаем неизвестным параметром.

Уравнение (1) можно представить в виде

В результате получаем задачу регрессии [9–11] с неизвестными параметрами

f0, x, y и z, которые находятся методом наименьших квадратов [12].

Решая задачу регрессии с учетом исходных данных (табл.), находим неизвестные параметры:

В конечном итоге функционально-аналитическую зависимость минимального расстояния от оси магистральных газопроводов до объектов и сооружений при подземной прокладке Lmin, м

можно представить в виде:

Кроме того, учитывая мнение экспертов о значительном влиянии давления на

величину безопасного расстояния, зависимость (4) можно представить в виде:

Степень соответствия полученных функционально-аналитических зависимостей иллюстрируется на графиках рисунка, отражающих зависимости минимальных расстояний от оси магистральных газопроводов до объектов и сооружений при подземной прокладке от диаметров газопроводов.

Из рисунка видно, что по группе объектов, зданий и сооружений O1 теоретические кривые с достаточной степенью точности совпадают с табличным описанием величины минимального расстояния. Однако целью настоящей работы не является подбор аналитических зависимостей, в наибольшей степени отвечающих таблицам нормативно-технических документов.

Из приведенных рассуждений лишь следует, что принцип задания раз и навсегда фиксированных минимальных расстояний не кажется оптимальным.

Должен быть разработан метод их назначения с позиций риска конкретных ситуаций и алгоритм пересмотра этих расстояний по мере поступления дополнительной информации. По всей видимости, табличная форма задания безопасных расстояний с градацией по классам трубопроводов не вляется наилучшей.



← Назад к списку


im - научные статьи.