Об учете оценки риска при проектировании и эксплуатации судов и шельфовых сооружений в ледовых условиях

Введение. Будем считать, что термин “оценка риска” охватывает все области, представляющие интерес для специалистов, занимающихся проектированием плавучих и стационарных сооружений в тех районах, где возможно взаимодействие со льдом. Следует отметить, что понятие "риск" включает в себя риск для персонала, окружающей среды и материальных ценностей и что риск, связанный с проектированием и эксплуатацией конструкций, в принципе мог бы послужить причиной человеческих жертв, загрязнения окружающей среды и потери имущества [1].

Таким образом, термин “оценка риска” в данной статье не следует рассматривать как синоним термину “оценка надежности”, который обычно связывают с неопределенностями в условиях нагрузки со стороны окружающей среды и обусловленной этим фактором реакцией конструкции. Оценка надежности выполнена комитетом ISSC [2], хотя в докладе этого комитета ледовые условия не освещены. Определенные данные имеются в материалах E&P Forum [3]. Исходные данные для оценки надежности конструкций при наличии льда имеется в работе К.Н.Шхинека и др. [4]. Однако следует отметить, что ледовые расчетные нагрузки отличаются в разных проектных институтах почти на целый порядок (величин) [5], хотя эта неопределенность за последние годы уменьшена [6].

Ниже обсуждается специфика анализа риска, связанная с проектированием конструкций применительно к судам и шельфовым сооружениям, эксплуатируемым в районах, где имеется лед: при этом учитываются особенности, которые должны быть охарактеризованы и возможные опасности, которые необходимо проанализировать.

Общие сведения. Общие процедуры оценки риска предусматривают проведение как качественной (методики FMECA, NAZOP), так и количественной оценок. Соответствующий обзор методологии [7]. Решение, какой использовать метод – качественный или количественный – будет зависеть от цели проводимого анализа риска и от наличия исходных данных для количественного анализа [8]. В общем, можно порекомендовать сначала провести анализ опасности эксплуатации (HAZOP), как часть любого анализа риска для определения опасности тех или иных задач, событий или ситуаций в процессе эксплуатации. Кроме того, качественный анализ необходимо выполнить до количественного, чтобы установить уровень риска и определить, существуют ли критерии для проведения полного количественного анализа.

Прежде чем проводить любую оценку риска, аналитик должен также определить соответствующие критерии приемлемого риска [9]. Они должны отражать понимание приемлемого риска соответствующей организацией. События с вероятностью от малой до средней и серьезными (высокими)/большими последствиями будут лежать вне приемлемых пределов, тогда как события с малой вероятностью и незначительными (низкими)/ малыми последствиями могут считаться приемлемыми. Критерии приемлемого риска можно определить при качественном анализе согласно стандартной матрице риска (рисунок).

Стандартная матрица риска, принимаемая при качественном анализе риска:

Следует отметить, что процедуры анализа риска обычно учитывают группу комбинаций вероятностных событий и их последствий, в которой риск должен быть уменьшен до разумно возможного/осуществимого (ALARP), что обычно могло бы повлечь за собой анализ ожидаемых расходов и прибылей еще до применения установленных критериев снижения риска.. Следует понимать, что эта группа ALARP по возможности должна быть связана с более низким риском эксплуатации в ледовых условиях (например, в Арктике), чем при проведении операций в свободных ото льда акваториях. В частности, если эти операции связаны с риском загрязнения окружающей среды. Такое загрязнение могло бы явиться результатом повреждения судовых конструкций или работы платформ на шельфе. При высокой уязвимости арктической среды оно считается более опасным и имеющим более высокие последствия, чем в других регионах.

Для того, чтобы провести анализ риска, в том числе количественный, необходимо иметь базы данных, содержащие информацию о предыдущих случаях аварий и повреждений в тех или иных конкретных условиях. Наиболее полная база таких данных – Всемирная база данных аварий на шельфе [10]. Ежегодник Ллойда также отражает аварии, связанные с повреждением судов и шельфовых сооружений [11].

Кроме того, база данных Норвежского Веритас о надежности по шельфу отражает такие основные события, как механические повреждения или повреждения, связанные с процессом эксплуатации, что в результате создает основу для проведения детального количественного анализа риска использования судов и шельфовых установок [12]. Однако эта база данных содержит меньше информации о событиях, касающихся конструктивных повреждений и поэтому считается менее важной с точки зрения оценки риска их возникновения.

Детальная информация, содержащаяся в названных базах данных, создает основу для квалификации вероятностей выхода из строя или отказов того или иного оборудования или конструкций, когда деревья отказов и событий используются для того, чтобы разбить задачи до самого низкого из возможных уровней. Однако эти базы данных содержат очень мало информации относительно условий, связанных с наличием льда.

Способы использования процедур анализа риска на стадиях строительства и установки шельфовых сооружений подробно обсуждены, в частности, в работе Реттедала и др. [13].

При обсуждении процедур и средств анализа риска свершения событий, связанных с конструктивными повреждениями, следует также отметить, что считается возможным сочетать традиционный количественный анализ (QRA) риска, используя деревья отказов и событий, с анализом надежности конструкции (SRA), используя распределения вероятностей нагрузок и прочности материалов и т.д. [14], а также распределения случаев возникновения чрезвычайных погодных условий [15]. Считается, что сочетание QRA и SRA методов является особенно эффективным и методику его использования следует разрабатывать дальше в интересах совершенствования анализа конструктивного риска.

Хотя этот риск может быть связан с разрушением или поломкой конструкции, можно считать, что большинство подобных аварий вызвано ошибками человека и организационными промахами [16]. Поэтому при всех оценках риска следует учитывать влияние решений человека и организации работ. Важно также помнить, что различные методы анализа риска являются всего лишь доступными нам на сегодня инструментами и что в процессе определения опасных условий, видов повреждений и несчастных случаев нельзя полагаться только на них.

Эксплуатация судов в ледовых условиях. В основном можно выделить три категории объектов/групп, подвергающихся риску при аварии судна:

• народонаселение (в широком смысле слова);
• экипаж;
• судно.

Чини и Койл [17] пишут, что риск для народонаселения включает угрозу жизни и благосостоянию всех членов общества, риск повреждения или потери общественной собственности и риск повреждения морской окружающей среды. Морскую окружающую среду Арктики уже давно считают чрезвычайно уязвимой и хрупкой. Если там будут проводится перевозки, проектанты должны неустанно помнить об этом и делать все возможное, чтобы избежать загрязнения окружающей среды.

Риск категории "Экипаж" включает риск аварии, которая приведет к ранениям и смерти членов экипажа данного судна или членов официально назначенных спасательных и вспомогательных партий, а по категории "Судно" – риск аварии, в результате которой будет повреждено или потеряно судно и/или его груз.

Хотя следует избегать опасности риска всех степеней, с точки зрения общества в этом вопросе существует определенная градация. Повреждение судна общество в целом не затрагивает, хотя само по себе это событие важно для судовладельца и страховых компаний. Ранения (или даже смерть) членов экипажа воспринимаются более серьезно. Загрязнение окружающей среды или аварии, затрагивающие широкие слои общества, в зависимости от серьезности катастроф воспринимаются очень болезненно, и судовладельцы всячески стремятся их не допустить.

Различаются первичные и вторичные аварии. Вторичные обычно следуют за первичными и часто бывают прямым их следствием. Поэтому в ряде случаев аварии, которые относят к первичным, фактически являются вторичными. Примером служит разрушение конструкции. Если танкер садится на мель, в результате чего его корпус получает повреждения, то разрушение обшивки представляет собой вторичную аварию (или последствие). Если же корпус получает повреждение в результате плохого качества его материала, то это – первичная авария.

Основной частью анализа судового риска является описание его как системы и системного элемента. Это означает информацию:

• о географическом районе – маршрутах, глубинах, портах и т.д.
• о физических характеристиках среды – наличии морского льда и айсбергов, состоянии моря, метеорологических условиях, видимости и т.д.;
• о задачах и условиях – количество перевозок, тип груза, характер операций(погрузка/разгрузка/ перегрузка) и т.д.
• о характеристиках судов – размерениях, проекте, количестве и т.д.

Например, судоходство в районах, где имеются льды, наиболее интенсивно на Балтике и менее интенсивно в российской к канадской секторах Арктики.

Анализ конструктивного риска, связанного с проектированием и эксплуатацией судна, должен охватывать ряд этапов, включая этап перехода в водах, где встречаются льдины и неподвижный лед или припай, а также воздействие торосов при движении через них. Для соответствующих районов необходимо учитывать присутствие айсбергов.

Еще один процесс, который необходимо учесть, – это вход в узкости и гавани, которые заполнены льдинами или которые полностью покрыты льдом. Кроме того, необходимо учитывать ледокольную проводку и возможность столкновений судов и ледоколов или столкновений судов в караване. Главными опасностями для судна являются следующие [17]:

• Разлив опасного груза. Этот класс аварий охватывает любые события, ведущие к сбросу опасного груза, но не вызывающие повреждение судна или угрозу экипажу. "Сброс" означает, что со значительным количеством груза не справляются имеющиеся средства борьбы. Другими словами, если разлитый груз немедленно убран, и окружающей среде ущерб не причинен, то считается, что с точки зрения анализа риска разлив никаких последствий не имел.

Термин "опасный" относится к материалам, которые причиняют ущерб морской среде, а также к токсичным материалам, взрывчатым веществам и т.д. Типичными случаями, приводящими к опасным авариям, являются, например, разлив нефти при погрузке/выгрузке или коррозия, приводящая к течи цистерн и другие случаи, являющиеся результатом разрушения или неисправности в системе хранения груза.

• Столкновение, таран и посадка на мель. Для этого типа аварий основным (или инициирующим) событием является удар о другой объект "Столкновение" касается удара о другое судно. "Таран" означает удар о другой объект (не судно). “Посадка на мель” относится к событиям, при которых судно касается грунта или берега.
• Разрушение конструкции. Этот тип аварий вызывается теми причинами, следствием которых является крупное разрушение судовых конструкции как первичное событие.
• Затопление отсеков водой, перевертывание и затопление судна. Эта категория аварий включает потерю судном плавучести и/или остойчивости в результате действий таких первичных событий, как потеря водонепроницаемости или неверное распределение грузов. В качестве первоначального события встречается редко – обычно это вторичное событие после столкновения, тарана, посадки на мель или разрушения какой либо судовой конструкции.
• Пожар или взрыв. Категория аварий, к которой относится ситуация, приводящая к воспламенению горючего материала или груза и, как следствие, к пожару или взрыву.
• Авария, связанная с профессиональными утратами. К этой группе относится любая авария, приводящая к ранениям или смерти членов экипажа (независимо от повреждения судна). Этот тип аварии должен рассматриваться как первичный – когда судно не повреждено.

Кроме того, опасность конструкционных повреждений связана, например, со взаимодействием между судами и льдом, когда возникает возможность местного или полного повреждения судна плавающими льдинами, особенно в сочетании воздействия льда и волнения или сильных течений. Опасности, связанные с повреждением судовых конструкцией, должны рассматриваться в следующих ситуациях:

• взаимодействие судов и айсбергов;
• столкновение судов, а также посадка на мель на мелководье, например во время входа в гавани;
• потеря управляемости;
• выход из строя энергетической установки;
• швартовка судов в районах, где лед перемещается под действием течений и приливных явлений;
• влияние двухкорпусной конструкции на общую прочность судна и ограничение загрязнения среды;
• влияние больших волн и т.д.

После того, как возможные опасности выявлены, необходимо при проведении анализа риска определить вероятность повреждения и связанную с этим оценку последствий с использованием критериев приемлемости.

Платформы на шельфе в ледовых условиях. Добывающие платформы уже работают в таких районах как Берингово море (зал. Кука), море Бофорта и зал. Бохай. Кроме того, на Большой Ньюфаундлендской банке, где часто встречаются большие айсберги, в 1997 г. была установлена платформа “Hibernia”. Разрабатываются планы установки платформы в Печорском море и шельфовой зоне Сахалина. Кроме того, скоро начнется бурение в районе к западу от Гренландии; в Баренцевом в Карском морях оно уже проводится несколько лет.

Этапы, которые необходимо учитывать при оценке риска повреждения конструкции шельфовых платформ:

• изготовление и установка [13]; сюда относятся также доставка палубных блоков на платформу, буксировка ее на место и точная установка на точку;
• эксплуатация при наличии волнения и в ледовых условиях – нагрузки от воздействия окружающей среды, судов снабжения, танкеров и проходящих судов;
• вывод из эксплуатации, в процессе которого платформа перемещается с места установки.

Опасность (опасные ситуации) может меняться от этапа к этапу, но в целом возникает в связи со следующим:

• утратами оборудования – на плаву (что может привести к недостаточной остойчивости или плавучести)
• столкновениями на всех этапах;
• потерей остойчивости при монтаже тех или иных конструкции, либо при посадке на мель во время буксировки;
• влиянием давления воды – при транспортировке палубы на платформу;
• влиянием нагрузок от воздействия волнения/течений и льда, а также в специфических условиях (например, на Сахалине), при сейсмическом воздействии;
• влиянием торосов и ледяных валунов перед платформой;
• угрожающей высотой торосов, что может привести к их соприкосновению с оборудованием на палубе и т.д.

Во время эксплуатации платформ опасности также связаны с:

• возможными протечками в обрабатывающем оборудовании и взрывами/ пожарами;
• возможными осложнениями в процессе буровых работ, например, фонтанированием нефти;
• возможным загрязнением среды во время погрузо/разгрузочных работ или транспортировки.