Методы и модели пожарной и промышленной безопасности резервуаров вертикальных стальных

22

На правах рукописи

БАЙБУРИН РУСТЕМ АЙРАТОВИЧ

МЕТОДЫ И МОДЕЛИ

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ И ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТЕ РЕЗЕРВУАРОВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ

Специальность 05.26.03 – «Пожарная и промышленная

безопасность» (нефтегазовая отрасль)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2007

1

22

Работа выполнена на кафедре «Транспорт и хранение нефти и газа» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Защита состоится 11 мая 2007 года в 14-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «____» апреля 2007 года.

Ученый секретарь

совета                                                                                  Закирничная М.М.

22

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Начиная с 1999 г. в Российской Федерации происходит заметный ежегодный прирост добычи нефти, развитие сети магистральных трубопроводов и формирование новых экспортных направлений транспортирования. Все эти тенденции свидетельствуют об актуальности проблем обеспечения надежности и безопасности эксплуатации основного оборудования и, в том числе, резервуаров и резервуарных парков систем хранения и транспортирования нефти и нефтепродуктов.

Резервуары и резервуарные парки (РП) предприятий нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленностей и предприятий нефте- и нефтепродуктообеспечения являются их главным технологическим объектом. Состояние резервуарных парков в нефтепромышленности характеризуется 90 % износом основных фондов. На фоне этого морально устарели многие методологические принципы и положения, заложенные в большинство правил и методов обеспечения безопасности при эксплуатации и ремонте резервуаров.

Принято считать, что в большинстве случаев выполнение полной системы действующих официальных нормативных требований и регламентов предприятия гарантирует безопасность всех процессов, связанных с эксплуатацией резервуаров. Однако вероятность отклонений от регламентированных параметров и требований, ведущих к авариям и чрезвычайным ситуациям, сегодня особенно высока. Это обусловлено предшествующими годами нестабильной экономической ситуации в России, высокой текучестью и неопытностью кадров в нефтяной промышленности, ослаблением контроля со стороны государства.

Причинами недостаточной эффективности действующих принципов обеспечения пожарной и промышленной безопасности резервуаров, направленных на снижение опасности аварий являются:

- отсутствие эффективного механизма определения расхождений между нормативно-методической базой и существующей практикой в обеспечении безопасности;

- существующие способы оценки вероятности возникновения аварий на нефтяных резервуаров как правило сложны и трудоемки по причине отсутствия и неопределенности исходных данных;

- не уделено должного внимания изучению вопросов управления безопасностью технологических процессов на различных этапах жизненного цикла (ЖЦ) нефтяных резервуаров;

-слабо изучен механизм взаимодействия в системе «Человек-Машина-Среда» единого процесса – эксплуатации оборудования нефтегазового, в частности резервуаров.

Поэтому исследование, посвященное проблемам обеспечения безопасности нефтяных резервуаров типа резервуар вертикальный стальной (РВС) и разработке теоретических и методологических аспектов оценки риска аварий, создания систем мониторинга и анализа перехода от штатных состояний к условиям возникновения и развития аварий и инцидентов, следует признать актуальным и отвечающим потребностям нефтегазовой отрасли.

Цель работы

Разработать теоретические положения и методические рекомендации по оценке уровня пожарной и промышленной безопасности нефтяных резервуаров, учитывающие совместное влияние состояния надежности оборудования, технологии эксплуатации и ремонта, уровня профессиональной квалификации ремонтно-эксплуатационного персонала в течение их эксплуатации и ремонта.

В соответствии с поставленной целью для ее достижения в диссертационной работе решены следующие основные задачи:

1 Раскрыто определение системы «Человек-Машина-Среда» применительно к технической системе эксплуатации резервуаров в РП.

2 Проведен анализ применяемых методов и средств контроля и управления пожарной и промышленной безопасностью, определить причины аварий на нефтяных резервуарах и их происхождение.

3 Разработана модель мониторинга и управления рисками в обеспечении пожарной и промышленной безопасности резервуаров в период эксплуатации и проведения ремонтных работ.

4 Предложена классификация факторов риска (событий-предпосылок аварий), установлены доли их ответственности с точки зрения влияния на общую безопасность резервуаров.

5 Разработан методический подход к оценке уровня производственного риска в период эксплуатации и ремонта резервуаров.

Объектом исследования является сложная система «Человек-Машина-Среда» (СЧМС) по обеспечению жизнедеятельности резервуаров типа РВС и РП.

Предметом исследования является процесс обеспечения пожарной и промышленной безопасности резервуаров и РП как одного из свойств рассматриваемой CЧМС.

Научная новизна

1 Раскрыто определение сложной системы «Человек-Машина-Среда» по эксплуатации РВС как совокупности подсистем по обеспечению функционирования резервуара (антропогенная, конструкционно-эксплуатационная, технологическая, внешняя подсистемы), с учетом характера их влияния на безопасность на разных стадиях жизненного цикла системы.

2 Предложена концепция (модель) системы мониторинга и управления рисками, а именно – определены цели и задачи, решаемые системой, ее общая структура, принципы построения информационно-вычислительной системы, этапы по ее реализации, формирования исходных данных и их оценки.

3 Предложено идентифицировать и классифицировать факторы риска по двум признакам: по виду принадлежности к той или иной среде подсистем - компонентов СЧМС и по стадиям жизненного цикла этой системы, на основе анализа причин аварий составлен их перечень и определены доли ответственности в возникновении аварийных и чрезвычайных ситуаций.

4 Разработан методический подход к интегральной оценке уровня риска в СЧМС «РЕЗЕРВУАР», отличительной особенностью которого является использование метода экспертных оценок и теории нечетких множеств.

На защиту выносятся теоретические выводы и обобщения, методы и практические рекомендации по повышению уровня пожарной и промышленной безопасности резервуаров и резервуарных парков при транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов.

Практическая ценность

Результаты исследования причин аварий резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов и составленный перечень факторов риска, а также методические положения интегральной оценки степени риска аварий на них используются экспертно-производственным центром «Трубопроводсервис» при экспертизе и декларировании промышленной безопасности.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 54, 55-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2003, 2004 гг.); II Международной научно-технической конференции «Новоселовские чтения» (Уфа, 2004 г.); VIII Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» (Уфа, 2004 г.); II Межотраслевой научно-практической конференции «Проблемы совершенствования дополнительного профессионального и социогуманитарного образования специалистов топливно-энергетического комплекса» (Уфа, 2005 г.); Международной конференции «Совершенствование проектирования, строительства и эксплуатации металлических резервуаров (Уфа, 2005 г.), научно-практической конференции «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах. Технический надзор, диагностика и экспертиза» (Уфа, 2007 г.).

ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание диссертации опубликовано в 11 работах.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 111 наименований, содержит 180 страниц машинописного текста, включая 18 рисунков и 6 таблиц, 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность выбранной темы диссертационной работы: сформулированы цель, задачи исследования и основные положения, выносимые на защиту, отражена научная новизна выполненных исследований и их практическая значимость.

В первой главе рассмотрены основные работы и публикации по проблемной области диссертационного исследования, проанализированы общие причины возникновения аварийных ситуаций. Установлено, что наряду с неудовлетворительным состоянием технических эксплуатируемых нефтяных резервуаров, несовершенством технологии и конструктивными недостатками основными причинами возникновения аварий являются нарушения технологии эксплуатации, производства работ и ошибки персонала. В связи с этим предлагается решать задачу обеспечения пожарной и промышленной безопасности резервуаров с позиции системного подхода, т.е. проводить исследование, рассматривая в качестве объекта исследования систему «Человек-Машина-Среда» по эксплуатации резервуара типа РВС (далее – СЧМС «РЕЗЕРВУАР»), с учетом технического состояния резервуара, технологических режимов эксплуатации, показателей профессиональной пригодности и других системных факторов. При этом система объединяет в себе компоненты - подсистемы, являющиеся одновременно источниками факторов риска и носителями риска. В свою очередь, безопасность этой системы следует определять как одно из ее свойств сохранять такое состояние, при котором риск возникновения аварийных и чрезвычайных ситуаций находится в пределах допустимого (приемлемого) уровня.

Сформулированы основные принципы системного анализа, применяемого к проблемам обеспечения безопасности нефтяных резервуаров. Рассмотрены основные типы моделей, применяемых для описания процессов и состояний системы, подобной рассматриваемой человеко-машинной системы функционирования резервуара. Для описания возникновения аварийных ситуаций в СЧМС «Резервуар» приняты за основу логико-семантические модели.

Обозначены основные принципы систем оценки и управления применительно к проблемам обеспечения пожарной и промышленной безопасности резервуаров.

Рассмотрены примеры использования информационно-вычислительных систем в решении задач пожарной и промышленной безопасности в нефтяной промышленности.

Изучен и обобщен опыт применения методов теории нечетких множеств к оценке и управлению рисками в экономике, к интегральному оцениванию сложных систем.

В заключении первой главы определяется перечень и последовательность этапов по решению задач повышения промышленной и пожарной безопасности нефтяных резервуаров и РП.

Вторая глава посвящена концептуальной проработке системы мониторинга и оценки риска аварий (СМУР) на резервуарах, заключающейся в определении ее целей и задач, необходимого перечня составляющих ее компонентов и исполняемых функций.

Функционально СМУР определим как специализированную систему информационной поддержки для решения задач контроля и анализа надежности и безопасности резервуарных парков, оценки возможности возникновения аварий и опасных ситуаций, а также формирования рекомендаций по управлению рисками. Основной задачей СМУР является обеспечение такой эксплуатации нефтяных резервуаров, которая позволила бы минимизировать вероятность возникновения аварии вследствие отказов оборудования и ошибок обслуживающего персонала, а также осуществлять выбор рекомендаций по снижению уровня рисков и опасностей.

В процессе управления производственным риском необходимо провести комплексную оценку и анализ рисков, а также определить меры, позволяющие снизить их до приемлемого уровня. Этапы по реализации системы мониторинга и управления рисками приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема концепции создания системы мониторинга и управления рисками СЧМС «РЕЗЕРВУАР»

СМУР может быть реализована при безусловном выполнении следующих требований:

- обеспечение достаточной и адекватной информацией по техническим характеристикам резервуара и оборудования, параметрам технологического режима, профессиональной пригодности и по психофизиологическим показателям рабочего персонала;

- наличие сведений о потенциальных факторах риска, их роли и влиянии на состояние безопасности СЧМС «РЕЗЕРВУАР», возможных последствиях их проявления;

- наличие комплекса моделей, позволяющих оценивать последствия влияния факторов риска на оборудование и персонал, оценивать масштабы возможного ущерба;

- наличие моделей развития опасных ситуаций (аварий) и критериев принятия решений по управлению риском.

В процессе анализа сложной человеко-машинной системы необходимо разработать комплекс моделей, описывающих состояние ее функционально важных компонентов – подсистем и механизм возникновения аварий и инцидентов. В частности для СЧМС «РЕЗЕРВУАР» можно выделить четыре функциональные подсистемы – конструкционно-эксплуатационная (КЭ), технологическая (Т), антропогенная (А) и окружающая среда (ОС) (рисунок 2). С учетом использования ретроспективных и мониторинговых данных, СЧМС «РЕЗЕРВУАР» следует рассматривать также и во временной проекции, т.е. по стадиям ее жизненного цикла – от проектирования до ликвидации.

Рисунок 2 - Функциональные подсистемы СЧМС «РЕЗЕРВУАР»

Под факторами риска будем понимать состояния или события-предпосылки, существующие или возникшие в компонентах СЧМС «РЕЗЕРВУАР», которые в определенные моменты времени и сочетаниях могут привести к возникновению аварий и инцидентов.

Факторы риска могут определяться как линейными, так и интегральными параметрами СЧМС. По каждому фактору риска следует определить следующую исходную информацию:

- описание фактора риска и параметров подсистем, характеризующих причины его возникновения и интенсивность проявления;

- вид показателей описывающих параметров – количественный или качественный;

- диапазон изменения возможных значений параметров;

- источники информации о параметрах (результаты диагностики, операционного контроля, аттестаций персонала, экспертных заключений и т.д.).

Эффективное решение задач оценки и управления риском возможно только при использовании специализированных информационно-вычислительных систем (ИВС), реализующих в себе функции хранения и обработки массивов данных, моделирования и выполнения расчетных задач, представления результатов в наглядной табличной и графической форме, выработки советов и рекомендаций лицам, принимающим решения по управлению рисками и ликвидации аварий и т.д.

Концепция реализации СМУР посредством ИВС строится на идее единого информационного пространства и открытых систем. Это подразумевает использование для всех функциональных блоков общих форм и структур обрабатываемых данных, единых способов их представления и интерпретации. ИВС должна обеспечивать:

- мониторинг и оценку состояния элементов конструкции нефтяного резервуара и оборудования, влияния технологических режимов, уровня квалификации и подготовленности персонала в рамках единой человеко-машинной системы «Резервуар»;

- разработку модели происшествий (возможных сценариев развития аварий);

- моделирование развития аварий, включая аварии, взрывы и пожары, а также комбинированные аварии;

- оценку безопасности человеко-машинной системы и выработку рекомендаций по снижению риска возникновения аварий.

ИВС «Мониторинг и управление риском» (рисунок 3) состоит из нескольких функциональных блоков, реализующих описанные выше функции.

Рисунок 3 - Структура информационно-вычислительной системы «Мониторинг и управление риском СЧМС "РЕЗЕРВУАР"»

Функциональные блоки ИВС составляют обеспечивающую (блоки мониторинга, ретроспективных и статистических данных), методическую (блоки моделирования возможных происшествий и последствий аварий, экспертного оценивания), расчетную (блоки расчета степени риска и оценки ущерба) и управляющую (блок поддержки решений) подсистемы:

-- блок сбора и подготовки информации, обеспечивающий формирование банков данных об инцидентах, авариях и предшествующих им факторов риска;

- блок мониторинга, обеспечивающий информативными данными о текущем состоянии компонентов анализируемой СЧМС «РЕЗЕРВУАР»;

- блок сценариев и происшествий, предназначенный для определения возможных сценариев аварий (отказов) и реализующих факторов риска, их весовой оценки на основании результатов статистической обработки банка данных об авариях и отказах;

- расчетный блок, предназначенный для оценки надежности и безопасности оборудования на основании экспертной оценки факторов риска по данным блока мониторинга;

- блок моделирования последствий аварий, предназначенный для прогнозирования  возможных сценариев развития аварий (на основе построения семантических моделей типа «дерево событий»);

- блок оценки риска результатов моделирования, в котором выполняется анализ последствий аварий (взрывов и пожаров) и расчет интегрального показателя риска.

В третьей главе проведен анализ причин и факторов аварий на различных стадиях жизненного цикла нефтяных резервуаров.

В соответствии с принятым алгоритмом исследований, одним из первых этапов по реализации концепции СМУР является анализ факторов риска, способных привести к возникновению аварии или опасной ситуации. Для эффективного управления рисками необходимо достоверно знать природу происхождения факторов риска и интенсивность их влияния на конкретном объекте, т.е. провести их идентификацию и систематизацию, знать доли их ответственности в общий вклад аварийности, т.е. переосмыслить представление причин аварий на нефтяных резервуарах. Анализ факторов риска предусматривает классификацию и ранжирование опасных факторов, распределение по средам (антропогенная, эксплуатационная, технологическая, внешняя) и этапам ЖЦ их возникновения, установление взаимосвязей между ними. Это составляющая часть разработки модели аварий и происшествий в составе блока сценариев и происшествий. Предлагается провести систематизацию факторов риска в несколько этапов:

- на основании всей имеющейся информации об авариях и отказах на нефтяных резервуарах выделить основные факторы риска и составить их перечень;

- классифицировать их по двум признакам: по виду принадлежности к той или иной среде компонентов СЧМС и по стадиям жизненного цикла этой системы;

- определить их долевое участие в общей статистике аварий, инцидентов и отказов;

- определить их участие в развитии возможных сценариев аварий или близких к ним опасных ситуациях (так называемые события-свертки) методом построения логико-семантических моделей («дерево отказов», «дерево событий»).

В рамках предложенной систематизации факторов риска были проанализированы отчеты и сведения об 44 авариях и 22 отказах, происшедших с нефтяными резервуарами типа РВС на стадиях эксплуатации, подготовки и ремонта. На основании этих данных было выделено 11 известных групп факторов риска из 16 имеющихся (по средам компонентов системы и стадиям ЖЦ) и определен удельный вес (коэффициент wi) каждой из групп среди прочих. Относительный вклад фактора риска внутри своей группы в изменение интенсивности аварийных отказов учитывается с помощью индивидуального весового коэффициента (в долях) cij. Подсчет долей ответственности велся на основании суммы частот проявления факторов риска отдельных групп среди прочих. На основании этой суммы определялась доля ответственности каждой группы среди всего количества аварий и их причин:

,                                                 (1)

где - NКЭ, NТ, NА, NОС - число инцидентов по вине преимущественно факторов риска основного оборудования, технологического режима, антропогенного фактора и факторов окружающей среды;

- общее число аварий, произошедших на резервуарах рассматриваемого типа.

Из всего множества приведенных факторов риска нами были отобраны и сгруппированы по классификационным признакам те факторы риска, действие которых было зафиксировано в имеющихся сведениях об авариях на резервуарах, (рисунок 4).

На основании этого был составлен кодовый перечень факторов риска для моделирования аварийных ситуаций в СЧМС «Резервуар» (от A1 до K1) . Помимо факторов риска, способных напрямую вызвать аварийную ситуацию, существуют определенные сочетания факторов, безвредных по отдельности и способных повлечь аварийные последствия в сочетании с другими. Предлагается различать прямые и способствующие факторы риска, образующие события-свертки (разгерметизация, источник зажигания и т.п.).

22

А – группа причин антропогенного происхождения; КЭ – причины конструктивно-эксплуатационного происхождения; Т – причины технологического происхождения; С – причины, обусловленные случайными факторами и внешними воздействиями (в т.ч. климатическими)

Рисунок 4 - Основные факторы риска, возникающие на различных стадиях жизненного цикла нефтяных резервуаров

22

В четвертой главе предложен методический подход к оценке степени риска возникновения аварийных ситуаций на резервуарах.

На сегодняшний день назрела необходимость в разработке новых, оперативных методов анализа риска конкретных объектов и установок нефтегазовой отрасли, с упором на достаточно простые качественные методы, позволяющие оперативно выявлять опасности и связанные с ними риски, что составит основу современных систем управления рисками и промышленной безопасностью. Предлагается текущее состояние уровня безопасности СЧМС «РЕЗЕРВУАР» выразить через интегральный показатель степени риска аварий как некоторую осредненную величину, отражающую результат анализа мониторинговых данных о СЧМС «РЕЗЕРВУАР», сопоставленный с обработанными мнениями экспертов о наличии и влиянии совокупности факторов риска в анализируемой системе.

Отличительными особенностями предлагаемого методического подхода являются:

- комплексный учет влияния известных факторов риска на общее состояние уровня производственного риска в рассматриваемой СЧМС «РЕЗЕРВУАР»;

- применение метода экспертных оценок, что позволяет использовать накопленный опыт экспертных знаний, а также привести в единообразие разнородные показатели факторов риска;

- использование методов теории нечетких множеств для получения итоговых значений оценок влияния отдельных факторов риска;

- возможность на основе качественных показателей отдельных факторов риска получить количественный результат интегральной оценки степени производственного риска СЧМС «РЕЗЕРВУАР».

Предлагается следующий алгоритм по разработке и реализации альтернативного методического подхода к определению текущего уровня производственного риска (иначе – оценки риска) в резервуарных парках по транспорту и хранению нефти. Алгоритм проведения оценки можно представить в виде нескольких этапов, разбитых на два блока: блок формирования исходных данных и блок расчета степени риска (рисунок 5 и 6).

Рисунок 5 – Этапы формирования исходных данных

Рисунок 6 – Этапы оценки и классификация риска

На начальном этапе формирования исходных данных выбираются основные факторы риска и параметры подсистем СЧМС, их характеризующие, разрабатываются анкеты для экспертного опроса. Каждый из факторов риска может быть описан одним или несколькими параметрами, характеризующими состояние подсистем на разных этапах их ЖЦ. Источниками исходной информации служат нормативно-техническая и рабочая документации, результаты экспертизы, декларирования промышленной безопасности, тестирования и аттестации персонала, полный перечень которых определяется индивидуально. Первая задача экспертов - выявить все необходимые параметры - сведения о СЧМС «РЕЗЕРВУАР», характеризующие наличие в ней факторов риска.

Далее строится дерево вывода – логическая модель, структура которой отображает классификацию факторов риска, влияющих на прогнозируемый показатель – степень риска аварии. Вершины дерева интерпретируются следующим образом: корень дерева - выходной показатель, средние вершины - прямые факторы-риска и события-свертки, исходные вершины - классы способствующих факторов риска.

Следующим этапом экспертам необходимо определить возможные лингвистические оценки выходного показателя фактора риска при заданном сочетании лингвистических оценок входных параметров, их характеризующих. Причем входные параметры могут быть как количественного, так и качественного порядка.

Такой тип логического вывода называется нечетким и задается одним из двух наиболее распространенных алгоритмов - Мамдани (Mamdani) и Сугэно (Sugeno). Обобщенный формат вывода, называемого нечетким правилом, такой: «Если ..«посылка правила», то ..«заключение правила».

Совокупность таких правил составляют нечеткую базу знаний. Отметим, что в дальнейшем для получения достоверных расчетов следует обобщить исследования ряда авторов по надежности, безопасности и технологии эксплуатации резервуаров, оценке профессиональной пригодности персонала.

Заключения сформированных экспертами базы знаний приводятся к единой лингвистической оценке уровней для каждого фактора риска (к примеру, «Очень низкий, Низкий, Средний, Высокий, Очень Высокий") либо к условным универсальным численным оценкам. Превращать такие экспертные правила в математическую модель удобно с помощью теории нечетких множеств.

Рассмотрим алгоритм построения функции принадлежности лингвистических переменных, основанный на статистической обработке мнений группы экспертов о степени интенсивности влияния отдельного фактора риска на примере однофакторной оценки (1 параметр входной -1 выходной) фактора риска – «Потеря целостности герметизирующего затвора между стенкой резервуара и плавающей крышей». Для этого фактора доля ответственности сij среди прочих факторов конструкционно-эксплуатационной подсистемы, стадия эксплуатация, определена в 0,07, вес всей группы H (подсистема – конструкционно-эксплуатационная, этап ЖЦ – эксплуатация) равен 0,15.

Лингвистической переменной для фактора риска «Потеря целостности герметизирующего затвора между стенкой резервуара и плавающей крышей» является «Герметичность понтона и затворов», термами-множествами - лингвистические оценки «Очень низкий, Низкий, Средний, Высокий, Очень Высокий».

22

Таблица 1 – Опросная анкета по фактору риска «Герметичность затвора»

22

Каждый эксперт заполняет опросник (таблица 1), в котором указывает свое мнение о наличии у конкретного значения параметра xi (i=1,n) свойств нечеткого множества yj (j=1,m). Введем следующие обозначения: K - количество экспертов;   - мнение k-го эксперта о наличии у элемента xi свойств нечеткого множества yj, , , . Используются бинарные экспертные оценки , где оценка «1» указывает на наличие у элемента xi свойств нечеткого множества yj., а «0» - их отсутствие. По результатам опроса экспертов, степени принадлежности нечеткому множеству yj () рассчитываются по формуле:

После обработки мнений, обобщенное (агрегированное) экспертное мнение сводится в общую таблицу, по результатам которой строится график функций принадлежности (рисунок 7).

Рисунок 7 – График функций принадлежности «Герметичность затвора»

Полученные нечеткие базы знаний и построенные для каждого фактора риска функции принадлежности по значениям входных параметров подсистем позволяют вычислить показатель фактора риска в виде нечеткого множества, определяющего интенсивность влияния фактора риска при фиксированном сочетании входных параметров, его характеризующих. Для перехода от полученного нечеткого множества к количественной оценке выполняется процедура дефаззификации, т.е. преобразование нечеткой входной информации в четкую форму. Наиболее распространенной является дефаззификация по методу "центра тяжести" плоской фигуры, ограниченной функцией принадлежности нечеткого множества и горизонтальной координатой. Модель нечеткого логического вывода вместе с процедурой дефаззификации обеспечивает возможность наблюдения за изменением выходного показателя факторов риска при вариации влияющих параметров.

В зависимости от совокупности влияния различных факторов риска на рассматриваемом резервуаре, вероятность риска аварий на нем будет в той или иной степени отличаться от среднестатистической для резервуаров вертикальных стальных. В рамках сопоставления шкал, примем среднее значение частоты аварий с пожаром на резервуарах хранения нефти и нефтепродуктов, равное 1-7 ∙ 10-4 год -1, соответствующим значению степени риска, по шкале вывода условно равной единице (значению лингвистической оценке «Средняя»). Таким образом, получаемые значения интегрального показателя риска, обозначенного как R, позволяют определить, во сколько раз удельная частота (вероятность) аварий на рассматриваемом резервуаре отличается от среднестатистической.

Расчет интегрального показателя R производится с учетом полученных для всех факторов риска количественных оценок { Yij, i = 1,..., I, j = 1,..., J} и их весовых и долевых коэффициентов, которые подставляются в следующие формулы для определения kвл:

,

где ; ,

              wi – удельный вес группы факторов;

              сij – доля фактора риска внутри группы;

Bij –оценка фактора риска из множества Yij;

En – интегральная сумма оценок факторов риска;

              B*-средняя интегральная оценка факторов риска среди N –множества проанализированных аналогичных СЧМС.

Полученное значение следует проранжировать в соответствии со шкалой оценки интегрального показателя степени риска. В случае признания степени риска аварий высокой, лица, принимающие решения, приступают к устранению факторов риска в порядке приоритета по степени важности и экономической целесообразности. Существующие методики управления рисками подразумевают несколько способов действий по их устранению - собственно устранение, принятие и снижение.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1 В результате проведенного анализа было выявлено, что существующие методы оценки и управления рисками аварий на нефтяных резервуарах несовершенны и недостаточно точно отражают сложную природу возникновения аварий и инцидентов.

2 Предложено рассматривать предмет исследования – обеспечение пожарной и промышленной безопасности нефтяных резервуаров –как одно из состояний сложной системы «Человек-Машина-среда» «РЕЗЕРВУАР» на разных этапах ее жизненного цикла. Разработана концепция системы мониторинга и управления рисками СЧМС «РЕЗЕРВУАР», определены общая структура, перечень этапов по ее реализации, принципы построения информационно-вычислительной системы, формирования исходных данных и их оценки.

3 На основе проведенного анализа причин аварий (отказов) резервуаров и их классификации, проведена идентификация и систематизация факторов риска по подсистемам СЧМС «РЕЗЕРВУАР» их происхождения в проекции на стадии ЖЦ, определены доли их ответственности в возникновении аварий и инцидентов на этапах эксплуатации и ремонтно-восстановительных работ.

4 Разработан методический подход к интегральной оценке уровня риска на СЧМС «РЕЗЕРВУАР», отличительной особенностью которого является комплексный учет влияния известных факторов риска на общее состояние уровня производственного риска.

Содержание работы опубликовано в 11 научных трудах, из которых № 11опубликован в издании, включенном в перечень ведущих рецензируемых научных журналов в соответствии с требованиями ВАК

1        Байбурин Р.А., Фролов Ю.А., Ерофеев В.В., Ерофеев С.В. Обеспечение безопасности процессов подготовки, зачистки и ремонта резервуаров нефтебаз и АЗС // Интеллектика, логистика, системология: сб. науч. тр. - Челябинск: Издание ЧНЦ РАЕН, 2003.- Вып. 11. - С.13-16.

2        Байбурин Р.А. Перспективы совершенствования организации зачистных и ремонтных работ резервуаров // Материалы 54-й науч.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.– Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003. – Кн. 1. – С 83.

3        Байбурин Р.А. Аварии резервуаров и способы их предупреждения: научно-техническое издание/ В.Б. Галеев, Д.Ю. Гарин, О.А. Закиров, Ю.А.Фролов, Р.А. Байбурин, М.Р. Шарафиев. - Уфа: ГУП «Уфимский полиграфкомбинат»,2004.-164 с.

4        Байбурин Р.А. Повышение уровня пожарной и промышленной безопасности в резервуарных парках с помощью автоматизированных информационных систем // Новоселовские чтения: материалы 2-й Междунар. науч.-техн. конф. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. – Вып. 2. - С. 131-132.

5        Байбурин Р.А. Применение системы мониторинга безопасности ремонтных работ на резервуарах на основе экспертной системы // Материалы 55-й науч.-техн. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.– Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. – Кн. 1. - С 115.

6        Байбурин Р.А. Концепция системы мониторинга пожарной и промышленной безопасности  ремонтных работ в резервуарных парках // Проблемы строительного комплекса России: материалы VIII Междунар. науч.-техн. конф. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. – Т 2. - С 40-41.

7        Байбурин Р.А. Обеспечение промышленной и пожарной безопасности в резервуарных парках с применением экспертных систем // Проблемы совершенствования дополнительного профессионального и социогуманитарного образования специалистов топливно-энергетического комплекса: материалы II Межотраслевой науч.-практ. конф. - Уфа: Монография, 2005.–  С. 350-352.

8        Байбурин Р.А Экспертная система в обслуживании и ремонте резервуаров и резервуарных парков // Совершенствование проектирования, строительства и эксплуатации металлических резервуаров: материалы Междунар. конф. - Уфа: ТРАНСТЭК, 2005.–  С. 88-90.

9        Байбурин Р.А., Егоров В.И. Методика оценки интегрального показателя степени риска аварий на резервуарных парках // Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах. Технический надзор, диагностика и экспертиза: материалы науч.-практ. конференции. – Уфа: изд-во УГНТУ, 2007. – С. 34-36.

10     Байбурин Р.А., Абдрахманов Н.Х. Концепция системы мониторинга и управления рисками на резервуарных парках // Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах. Технический надзор, диагностика и экспертиза: материалы науч.-практ. конф. – Уфа:  изд-во УГНТУ, 2007. – С. 41-43.

11     Байбурин Р.А. Определение степени риска аварий в резервуарных парках методами экспертного анализа и теории нечетких множеств / Р.А. Байбурин, Ю.А. Фролов, Ю.А. Червин, А.А. Ваньков, В.В. Зацепин // Нефтепромысловое дело. – 2007. –№4.– С. 45-49.