ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ МОРСКИХ СТАЦИОНАРНЫХ НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩИХ ПЛАТФОРМ И МОРСКИХ ПОДВОДНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Авторы:
Николай Махутов – руководитель Комиссии РАН по техногенной безопасности, председатель рабочей группы секции по безопасности Экспертного совета при Комитете Совета Федерации по обороне и безопасности, председатель Межведомственного экспертного совета по безопасности МПТ и объектов, член-корреспондент РАН, д.т.н., профессор; Владимир Балановский – член бюро комиссии РАН по техногенной безопасности, член секции по безопасности Экспертного Совета при Комитете Совета Федерации по обороне и безопасности, проф. Академии военных наук; Михаил Ерофеев – заместитель директора по научной работе института машиноведения им.А.А.Благонравова РАН, действ. член АПК, д.т.н., профессор; Виктор Лещенко – заместитель председателя Межведомственного экспертного совета по безопасности МПТ и объектов, председатель правления НПС «РИСКОМ», к.т.н.; Михаил Малышев – заместитель начальника ФБУ «Служба морской безопасности»; Михаил Павлюков – ведущий советник аппарата Комитета Совета Федерации по обороне и безопасности, ответственный секретарь Экспертного Совета при Комитете Совета Федерации по обороне и безопасности, к.ю.н.; Игорь Грунин – член секции по безопасности Экспертного совета при Комитете Совета Федерации по обороне и безопасности, член экспертных советов МСП и МТПП, член-корр. АПК; Леонид Балановский – член секции по безопасности Экспертного совета при Комитете Совета Федерации по обороне и безопасности, член экспертного совета МТПП, член-корр. АПК.
Опыт проведения специальной военной операции (СВО) показывает, что система трубопроводного транспорта РФ нуждается в значительном увеличении степени защищенности и снижении аварийности из-за воздействия природных, техногенных и антропогенных воздействий. Трубопроводный транспорт, как специализированный вид транспорта, служит для транспортировки по трубам жидкостей, газов и химически стабильных веществ. Он включает нефтегазопроводы, аммиакопроводы, морские трубопроводы для транспортировки жидких и газообразных материалов, гидротранспорт полезных ископаемых и твёрдых материалов.
Идея использования трубопровода для перекачки нефти и нефтепродуктов впервые была предложена в 1863 году Д. И. Менделеевым. В СССР активное развитие трубопроводного транспорта началось в конце 1960-х годов. По состоянию на конец 2022 года протяжённость магистральных трубопроводов РФ составила 285 тыс. км. Доля грузооборота трубопроводных систем составляет почти 38% от общего по РФ. По магистральным трубопроводам перемещается 100% добываемого газа, 99% нефти, более 50% продукции нефтепереработки. В общем объеме грузооборота трубопроводного транспорта доля газа составляет 55,4%, нефти - 40,3%, нефтепродуктов - 4,3%.
Важной частью трубопроводного транспорта является подводная морская трубопроводная система, которая, за исключением стояков трубопровода, расположена ниже уровня воды. Трубопроводы подводного назначения делятся на магистральные, внутрипромысловые и распределительные. Магистральные используются для перекачивания веществ на удалённые объекты, внутрипромысловые доставляют продукты добычи к местам первичной переработки и местам закачки в магистральные сети, а распределительные связывают потребителей.
Опыт проведения СВО и анализ действий недружественных государств показывает, что морские стационарные нефтегазодобывающие платформы и морские подводные трубопроводы нуждаются в значительном увеличении степени защищенности от актов незаконного вмешательства и терактов, снижении аварийности из-за воздействия природных и техногенных факторов. При этом отмечается острая необходимость создания научно-технического задела по обеспечению нормативного уровня защищенности и снижения ущерба при воздействии природных, техногенных и антропогенных факторов. Этими вопросами наиболее актуально в настоящее время занимается Межведомственный экспертный совет по безопасности морских подводных трубопроводов и объектов.
Моделирование процессов поведения морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов ранее проводилось применительно к условиям воздействия только природных и техногенных факторов и не учитывало угрозу антропогенных воздействий. Поэтому в условиях СВО морские стационарные нефтегазодобывающие платформы и морские подводные трубопроводы нуждаются в проведении в кратчайшие сроки исследований и разработки научно обоснованных мер для увеличения степени их защищенности и снижения аварийности из-за деструктивных воздействий различной природы. Проектирование морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов должно осуществляться на основе современных методов моделирования процессов их поведения в условиях значительного повышения уровня воздействия различных факторов.
Прямое изучение инструментальными средствами элементов морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов часто затруднено, а проведение масштабных экспериментов невозможно. Поэтому в рамках решения обратных задач физической диагностики элементов морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов необходима разработка теоретических и математических моделей. Риск-ориентированные сквозные технологии и методы расчета конструктивных решений их защиты из новых материалов с использованием систем диагностики обеспечат безопасность в условиях природных, техногенных и антропогенных воздействий. Высокий уровень аварийности отрасли требует обеспечить с применением искусственного интеллекта управление риском запроектных аварий, а риск терактов требует обеспечить разработку моделей нарушителей и сценариев их действий для выработки адекватных эффективных мер защиты.
Использование методов управления стойкостью, изменениями качества и культуры безопасности обеспечить снижение ущербов и инновационно-ориентированный уровень безопасности морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов.
Также с целью повышения эффективности управления результатами интеллектуальной деятельности должна производиться разработка научных и технологических основ создания риск-ориентированной сквозной технологии инженерной укрепленности морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов. Эта технология предусматривает использование гибких покрытий из бетона, композитов и других материалов, волоконно-оптических кабель-сенсоров в морских стационарных нефтегазодобывающих платформах и морских подводных трубопроводах, эксплуатируемых в экстремальных условиях.
Актуальность проведения работ определяется необходимостью разработки научных основ создания методов проектирования морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов на основе моделирования процессов их поведения в экстремальных условиях, формируемых недружественными государствами.
Изучение фундаментальных процессов поведения морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов в экстремальных условиях определяют новизну исследований. Этому способствует разработка методических основ проведения виртуальных испытаний элементов морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов в экстремальных условиях, включающая описание компьютерных моделей, настроек программного обеспечения, необходимых исходных данных, средств и методов анализа результатов расчетов. Разработка методов управления стойкостью и качеством безопасности для сокращения аварийности, обеспечения инновационно-ориентированного уровня и повышения эффективности инвестиций в безопасность морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов дополняют этот процесс.
Кратко целями исследований должны являться: а) разработка методов проектирования морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов на основе моделирования процессов их поведения в экстремальных условиях; б) разработка сквозной технологии инженерной укрепленности с использованием гибких покрытий из бетона, композитов и других материалов, волоконно-оптических кабель-сенсоров в морских стационарных нефтегазодобывающих платформах и морских подводных трубопроводах в экстремальных условиях; в) разработка научных основ, проектов новых нормативных документов и программ профессиональной переподготовки специалистов по научным направлениям «Механика, аэро-, газо- и гидродинамика», а также «Методы и средства противодействия терроризму».
В процессе проведения работ появляется возможность эффективно осуществить импортозамещение с помощью промышленных партнеров.
Результаты научно-практических исследований будут использоваться при разработке риск-ориентированных проектных решений и мер совершенствования научного обоснования и обеспечения безопасности морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов. Поэтому наряду с проведением комплекса научно-исследовательских работ должен измениться и сам процесс проектирования морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов. Это связано с тем, что в современных условиях существенно изменилась структура рисков и они подвергаются угрозам террористического характера и несанкционированного вторжения в большей степени, чем деструктивному воздействию природных и техногенных факторов. Поэтому при их проектировании в отличие от общеиспользуемого подхода с применением технологии информационного моделирования (ТИМ), должен применяться риск-ориентированный (РО ТИМ). Он позволяет еще на стадии проектирования получать решения многоцелевой задачи с учетом возникающих и развивающихся неопределенностей, новых поворотов в проблеме обеспечения безопасности. РО ТИМ является основой для управления стойкостью безопасных объектов, объединения проектных решений и мероприятий, направленных на управление рисками деструктивных воздействий природных и техногенных факторов, военных, террористических угроз и несанкционированного вторжения. РО ТИМ реализуется аппаратно-программным, технологическим и надзорным комплексом, обеспечивающим требования культуры и качества безопасности. Он обеспечивает текущий контроль в целях улучшения эффективности контрольно-надзорной деятельности при разработке безопасных объектов на всех этапах жизненного цикла: подготовительном, проектирования, строительства, эксплуатации. Этот комплекс включает специальные модули для контроля защиты морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов от военных, террористических угроз и несанкционированного вторжения в новых условиях изменения психологии людей и возникновения интеллектуального терроризма.
Применение РО ТИМ на стадии эксплуатации предполагает проведение натурного обследования и 3D-сканирования объекта, на основании которых строится его информационная модель, позволяющая присвоить элементам объекта характеристики материала, учесть повреждения. В итоге получается «живая» модель в объемном формате, включая набор данных и спецификаций. На существующий объект предлагается установить датчики, по которым будут определять его деформации во время эксплуатации. Полученные данные будут передаваться в среду риск-ориентированной информационной модели объекта. На основании этого будет автоматически произведен перерасчет несущей способности конструкции морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов, параметров оборудования и характеристик объекта. Информационная модель позволяет определить элементы, требующие ремонта или замены, быстро подсчитать стоимость ремонта для службы, эксплуатирующей объект.
Все эти сведения с атрибутами конкретного объекта могут передаваться по интернету в головную организацию, при этом тип передаваемых сведений зависит от типа датчиков. Простейшая оценка проводится путем сравнения нормативных значений с полученными от датчиков, с последующим анализом изменений по результатам накопленных сведений и определением состояния объекта. Применение данной системы позволяет контролировать состояние объекта в режиме онлайн, находясь на удалении от него, что особенно важно для морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов. РОТИМ позволяет получать актуальные данные о несущей способности конструкций, технологических характеристиках элементов объекта, погодной ситуации непосредственно на объекте, действиях сил обеспечения безопасности.
С использованием риск-ориентированной информационной модели объекта создаются также системы комплексной безопасности, которые для парирования актов незаконного вмешательства и терактов предусматривают:
• зональное построение системы комплексной безопасности (создание последовательных рубежей защиты);
• равнопрочность границ рубежей защиты;
• обеспечение надежности и живучести (резервирование, дистанционный контроль, организация локальных пультов управления);
• адаптивность к изменению угроз, конфигурации границ и зон объектов. Эта работа выполняется на основании следующих информационных моделей морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов:
• A - подготовительный этап. Построение информационных моделей: результатов мониторинга объекта; окружающей территории; исходной информации об объектах на этих территориях; исходной информации об объекте; подготовительных работ; системы антитеррористической защищенности и мероприятий сил безопасности на подготовительном этапе.
• B - проектные решения инженерно-технической укрепленности морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов. Это совокупность мероприятий, направленных на усиление их конструктивных элементов, помещений и технических средств, обеспечивающих необходимое противодействие несанкционированному проникновению нарушителей в охраняемую зону, взлому и другим преступным посягательствам с целью предотвращения криминальных проявлений и противоправных действий, обеспечения антитеррористической защищенности, а также инженерной укрепленности специальных помещений для хранения и работы со служебной информацией ограниченного доступа.
• C - системы антитеррористической защищенности морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов. Размещение на объекте инженерно-технических средств охраны, систем видеонаблюдения, связи, оповещения и экстренной эвакуации, технических систем (средств) направленных на обнаружение радиоактивных, взрывчатых веществ, токсичных химикатов, отравляющих веществ и патогенных биологических агентов, в том числе при их получении посредством почтовых отправлений, оружия, боеприпасов, наркотических средств и других опасных предметов и веществ.
• D - сценарии (мероприятия) транспортной безопасности и антитеррористической защиты морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов. РО ТИМ мероприятий транспортной безопасности и антитеррористической защиты по оперативному реагированию на сигналы об опасности от средств контроля безопасности, персонала и посетителей объекта включает пути передвижения охраны объекта, МВД, МЧС, ФСБ, разработанные с использованием искусственного интеллекта на основе анализа оценки уязвимости объекта, анализа моделей нарушителя и сценария его действий.
Наиболее сложной, с постановочной точки зрения, является проблема оптимального распределения между A, B, C и D решений по защите морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов от угроз террористического характера. Это связано с постоянным изменением рисков и угроз, с одной стороны, и инновационной деятельностью в сфере обеспечения безопасности, с другой.
Интеграцию экспертной, аналитической, научно-исследовательской и производственно-технологической деятельности по формированию систем комплексной защиты морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов, как объектов критической инфраструктуры, предлагается провести под научно-методическим руководством Комиссии РАН по техногенной безопасности и контролем Комитета Совета Федерации по обороне и безопасности в системном интеграторе в сфере безопасности - Институте машиноведения им. А. А. Благонравова РАН.
ИМАШ РАН имеет существенный научный задел в области фундаментальных исследований в области физики прочности, структурного синтеза и анализа элементов объектов и изделий ракетно-космического, авиационного, транспортного и специального машиностроения, функционирующих в экстремальных условиях. В ИМАШ РАН имеется опыт исследований в области создания элементов объектов, функционирующих в условиях воздействия природных, техногенных и антропогенных факторов. Институт специализируется на изучении вопросов оценки уязвимости и построении цифровых моделей объектов, создании численных методов моделирования процессов поведения изделий в экстремальных условиях, разработке риск-ориентированной сквозной технологии инженерной укрепленности, проектировании систем мониторинга объектов как точечной, так и протяженной конфигурации, в экстремальных условиях.
Сотрудники ИМАШ РАН на протяжении многих лет участвовали в работе отделения «Энергетики, машиностроения, механики и процессов управления» РАН по выполнению междисциплинарных исследований по линии «разработки принципов обеспечения безопасности объектов топливно-энергетического комплекса» с акцентом на решение проблем связанных с отсутствием единой, отвечающей современным требованиям, нормативной методологической базы, устанавливающей требования к уровню безопасности и уязвимости морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов по показателям безопасности эксплуатации в условиях воздействия факторов различной природы.
Поэтому наличие существенного научного и технологического задела, а также подбор соответствующего кадрового потенциала является гарантией выполнения исследования на высоком научно-практическом уровне. Что особенно важно в условиях военных и террористических рисков, вышеописанные меры должны стать основой «прорыва» при активной поддержке научного и бизнес-сообщества РФ. Они предусматривают все необходимое для обеспечения безопасности морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов. Однако в заключении необходимо отметить, что такой «прорыв» невозможен без подготовки квалифицированных специалистов для выполнения работ с учетом культуры и качества безопасности на всех этапах жизненного цикла морских стационарных нефтегазодобывающих платформ и морских подводных трубопроводов.