1

Univerza v Ljubljani - Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijoKATEDRA ZA TEHNIŠKO VARNOST

Delovne priprave in naprave II

Boris Jerman

Varnost opreme pod tlakom 4

CEVOVODI

Kaj je cevovod?

2

� Transportna naprava;

� Nosilna konstrukcija;

� Faktor tveganja.

� Možne obremenitve:

� notranji nadtlak/podtlak;� obremenitve zaradi teže;� temperaturne obremenitve;� obr. zaradi predvidljivih zunanjih vplivov;� obr. zaradi nepredvidljivih zunanjih vplivov.

2

Boris Jerman

Kaj je cevovod?� Transportna naprava;� Nosilna konstrukcija;� Faktor tveganja.

� Možne obremenitve: � notranji nadtlak/podtlak;� obremenitve zaradi teže;� temperaturne obremenitve;� obr. zaradi predvidljivih zunanjih vplivov;� obr. zaradi nepredvidljivih zunanjih vplivovanja, katere

kompleksnost mora biti primerna naravi cevovoda.

Boris Jerman

Kakšno tveganje predstavlja?� Cevovod predstavlja za svojo okolico večje ali manjše tveganje.

(npr. okvara v vodovodnem omrežju � zalitje okolice poškodbe z majhnimi posledicami, npr. okvara procesnega cevovoda v kemični tovarni � izpust strupenih plinov �i zastrupitev/smrt večjega števila ljudi).

� Pozor, transport velikih količin, včasih zelo nevarnih snovi, na veliko daljavo po tlačnem cevovodu, večinokrat z nično toleranco izpusta, ni trivialna stvar.

� Zaradi navedenega mora biti za vsak cevovod izdelana ocenatveganja, katere kompleksnost mora biti primerna naravi cevovoda.

3

Boris Jerman

Drugi zakon termodinamike

� Entropija zaprtega sistema se lahko le povečuje [2].

� Entropijo si lahko poenostavljeno predstavljamo kot stopnjo nereda v sistemu.

� Učinek povečevanja entropije se lahko kompenzira le z dovajanjem energije v sistem.

� Posplošitev zakona na druga področja.

[2] Gleick, J., Chaos, New York: Pengiun Books, 1988.

Boris Jerman

Pristop k obravnavi tveganja –princip paranoje [1]

� Zaprt sistem = cevovod.

� Povečevanje entropije = padanje integritete cevovoda (narava s svojimi destruktivnimi silami teži k uničenju tehniške stvaritve, ki predstavlja motnjo – nadpovprečno urejen sistem).

� Vnos energije = vzdrževanje, pregledi, obhodi (stalne načrtovane aktivnosti, ki izničujejo delovanje destruktivnih naravnih sil).

[1] Muhlbauer, K.W., Pipeline Risk Management Manual - Ideas, Thniques and Resources, Elsevier, 2004.

4

Boris Jerman

Znanstveni pristop k obravnavi tveganja [1]

� Teorija tveganja = popis pričakovanih lastnosti cevovoda z vidika elementov tveganja, za neko bodoče časovno obdobje

� Poenostavitve kompleksnih pojavov in njihovih medsebojnih vplivov�

� da se zagotovi učinkovitost ocenjevanja in s tem,� da stroški ocene tveganja ne bodo presegli koristi.

Boris Jerman

Znanstveni pristop k obravnavi tveganja [1]

� Izdelava teorije na znanstveni osnovi = izdelava dosledne predstavitve sveta, ki temelji na postavitvi hipoteze in njenemu preverjanju.� opazovanje pojava;� postavitev hipoteze, ki naj pojasni pojav;� napoved izmerljivih posledic, ki se bodo pojavile v

primeru pravilnosti hipoteze;� dokaz veljavnosti s pomočjo poskusov.

5

Boris Jerman

Znanstveni pristop k obravnavi tveganja [1]

� Na znanstveni metodi temelječ model sistema mora biti zanesljiv �

� zanesljivost se lahko preveri šele po daljšem času,� sistem je namreč tako kompleksen (drag), da celovit

poizskus ni izvedljiv,� zato se sistem preverja kar ob praktični uporabi,� postavljenemu modelu je potrebno zaupati in ga po

potrebi dograjevati.

Boris Jerman

Ocena tveganja (OT) [1]

� Postopek OT karseda neodvisen od izvajalca – zmanjšana subjektivnost OT in zagotovljena ponovljivost rezultatov.

� Pri OT naj se obravnava vse podatke, ki so na voljo – popolnoma neuporabnih skorajda ni.

6

Boris Jerman

Ocena tveganja (OT) [1]

� Potrebno je standardiziranje ekspertnih mnenj (demistifikacije osebnega pristopa eksperta).

� Za posamezne cevovode se izgradi specifičen sistem OT – gre za proces učenja sistema, ki se ga nauči, da misli kot ekspert.

� V sistem se vgradi kolektivno znanje ter vse ohranjene podatke

Boris Jerman

Ocena tveganja (OT) [1]

V nadaljevanju prikazan pristop posveča glavno skrb:

� javnemu zdravju in varnosti,

� vplivom na okolje (vpliv tudi na prvo alinejo)

7

Boris Jerman

Ocena tveganja [1]

Model izdelave osnovne ocene tveganja [1]

Boris Jerman

Ocena tveganja [1]

Opomba: V predstavljeni metodi pomeni manjše število točk večje tveganje.

Opomba: Posamezni členi »Vsote« so enakovredni, tako da prinaša vsak po največ 100 točk.

8

Boris Jerman

Škoda po tretji osebi (0 do 100 točk) [1]

� Povzročitelj: osebje, nepovezano s cevovodom.� Izraz zajema:

� Nenamerne poškodbe.� Vandalizem.

� Ni zajeto: terorizem; drugi zunanji vplivi.

Boris Jerman

Pogostost škode po tretji osebi

� Ta potencialna nevarnost pogosto najmanj upoštevana ali zanemarjena;

� Kolikšen odstotek vseh poškodb na cevovodih nastane zaradi delovanja tretjih oseb?

• v EU okoli 50 odstotkov [4];• v ZDA od 20 do 40 odstotkov [3];

9

Boris Jerman

Ilustrativni podatki [5]

� ZDA 1993*: najavljenih 20 milijonov raznih izkopavanj v bližini plinovodov;(* ... raziskava zajema ~1/4 vseh plinovodov v ZDA)

� ZDA 1993: zabeleženih 25.000 poškodb;

� izpostavljenost tveganju poškodb:• 5 poškodb / 1000 izkopavanj oz.• 36 poškodb / 1000 km plinovoda

[5] National Transportation Safety Board, »Protecting Public Safety trough Excavation Damage Prevention«, Safety Study NTSB/SS-97/01, Washington, DC: NTBS, 1997.

Boris Jerman

Ilustrativni podatki [1]

� Navkljub mnogim ukrepom ostaja problem škode po tretji osebi najresnejša nevarnost.

� Najpogostejši vzroki so:• manjši izvajalci ne upoštevajo obvezne prijave del;• ni vzpodbude za izvajalce izkopavanj (stroški);• nezanesljivi podatki o cevovodih;

• nenatančna lokacija mesta izkopavanja.

10

Boris Jerman

Potencial škode po tretji osebi [1]

� Ugotavlja se potencial za poškodbo in ne potencial za odpoved cevovoda.

� Upoštevane spremenljivke:A. Minimalna debelina prekrivne plasti (utež: 20%);B. Nivo aktivnosti v okolici cevovoda (utež: 20%);C. Nadzemna oprema cevovoda (utež: 10%);D. Prepoznavanje točne lege cevovoda (utež: 15%);E. Program izobraževanja javnosti (utež: 15%);F. Dostopnost koridorja cevovoda (utež: 5%);G. Pogostost nadzornih obhodov (utež: 15%).

Boris Jerman

A. Minimalna debelina prekrivne plasti (utež: 20%)

� Vpliv debeline plasti zemlje. Število točk:

hmm ... ekvivalentna debelina v [mm] (glej tabelo)

Komentar: premajhna debelina zaščitne plasti je slabša kot nič.

Primer: 300 mm zemlje dodobra skrije cevovod, ne zaščiti ga pa niti proti delovanju pluga za oranje njive. Običajno se uporablja debeline nad 900 mm.

11

Boris Jerman

A. Minimalna debelina prekrivne plasti (utež: 20%)

� Ekvivalentna debelina dodatne prekrivne snovi [1]:

Material Debelina v [mm]

Ekvivalentna dodatna debelina zemlje [mm]

beton 50 200

beton 100 300

dodatno ohišje - 600

železobetonska plošča - 600

opozorilni trak - 150

opozorilna mreža - 450

Dodatni vplivi: peščeni in skalnati tereni, prisotnost ceste aliželeznice, prečkanje reke, prečkanje plovnih poti (sidra!)

Boris Jerman

B. Nivo aktivnosti (utež: 20%)

� 65 odstotkov vseh poškodb cevovodov po tretjiosebi se zgodi v gosteje naseljenih področjih �

večja gostota poseljenosti predstavlja večjopotencialno nevarnost;

� Prometne nesreče so nevarnost za nadzemne inpodzemne cevovode (težki tovornjaki in vlaki tervozila z visokimi potovalnimi hitrostmi � vozilaimajo ogromnen rušilni energetski potencialkinetična energija));

12

Boris Jerman

B. Nivo aktivnosti (utež: 20%)

� Večje živali (bizoni, sloni, ... � škoda na merilnihin drugih instrumentih, prevleki cevovoda in celona cevi cevovoda);

� Manjše živali (ptice, glodalci, insekti, ... � škodopovzročajo pri svojih običajnih aktivnostih � .predvsem instrumenti in prevleke cevovodov);

� Seizmografske dejavnosti zemlje;

� Človeške dejavnosti, ki vključujejo podzemneeksplozije

Boris Jerman

B. Nivo aktivnosti (utež: 20%)

� V daljšem časovnem obdobju se nivo aktivnostilahko občutno spreminja;

� Upravljavec cevovoda ima nanj zelo majhen vpliv;

� Učinkovit ukrep je sprememba lege cevovoda, karpa ne sodi med običajne ukrepe za zmanjševanjetveganja.

� Ocenjevalec mora izdelati ustrezno klasifikacijo.Primer je prikazan v nadaljevanju.

13

Boris Jerman

B. Nivo aktivnosti (utež: 20%)

Tabela /1. del. Točkovanje nivoja aktivnosti [1]:

Nivo aktivnosti in št. točk (TI.B)

Opis področja

Visok nivo

(0 točk)

Okarakteriziran je z eno ali večimi sledečimi lastnostmi:- visoka gostota prebivalstva;- pogoste gradnje;- pogosto najavljanje izkopov (>2/teden);- bližina prometa, ki lahko ogroža cevovod;- mnogo drugih podzemnih naprav;- pogoste poškodbe s strani živali;- področje, kjer je dovoljeno sidranje;- področje, kjer se pogosto čisti rečno dno.

Boris Jerman

B. Nivo aktivnosti (utež: 20%)

Tabela /2. del. Točkovanje nivoja aktivnosti [1]:

Nivo aktivnosti in št. točk (TI.B)

Opis področja

Srednji nivo

(8 točk)

Okarakteriziran je z eno ali večimi sledečimi lastnostmi:- srednja gostota prebivalstva;- ni pogostih gradenj;- ni pogostih najavljanj izkopov (<5/mesec);- bližina prometa, ki lahko ogroža cevovod;- malo drugih podzemnih naprav;- priložnostne poškodbe s strani živali;

14

Boris Jerman

B. Nivo aktivnosti (utež: 20%)

Tabela /3. del. Točkovanje nivoja aktivnosti [1]:Nivo aktivnosti in št. točk (TI.B)

Opis področja

Nizki nivo

(15 točk)

Okarakteriziran je z vsemi sledečimi lastnostmi:- nizka gostota prebivalstva, kmečko okolje;- praktično ni najav izkopov (<10/leto);- nobenih rutinskih aktivnosti, ki bi ogrožale cevovod;

Nični nivo

(20 točk)

Področje, kjer praktično ni možnosti kopanja ali drugih aktivnosti, ki bi ogrožale cevovod;

Boris Jerman

C. Nadzemna oprema cevovoda (utež: 10%)Opis Nivo aktivnosti

inŠt. točk (TI.C)

Ni cevovoda ali opreme na površini 10 točk

Na površini so deli cevovoda in opreme. Osnova 0 točk se poveča(do največ 10 točk), za vsako od sledečih alinej, če le ta velja zaopazovani odsek cevovoda:- oddaljenost vsaj 60 m od vozil;- območje obdano z verižno ograjo višine 1,8 m;- zaščitna ograja iz jeklene cevi premera 100 mm ali močnejše;- drevesa s premerom stebla vsaj 300 mm, zid ali druga močnaovira med vozili in cevovodom;- zaščitni jarek (globok in širok vsaj 1,2 m) med vozili incevovodom;- opozorilne table (Opozorilo, Pristop prepovedan, Nevarnost, ...)

5 točk2 točki3 točke

4 točke

3 točke1 točka

15

Boris Jerman

C. Nadzemna oprema cevovoda (utež: 10%)

Boris Jerman

D. Prepoznavanje točne lege cevovoda (utež: 15%)

� Za preprečitev poškodb je pomembno je prepoznavanje točne lege podzemnega cevovoda,

� da lahko tretje osebe varno izkopavajo v okolici.

� V mnogih državah (ZDA, Kanada, Avstralija, Škotska, Tajvan) je vzpostavljen tako imenovani »Sistem enega klica«.

� Namen: omogočiti enostaven dostop do informacij o točni legi podzemnih cevovodov (in drugih podzemnih naprav).

� Ko center dobi obvestilo o izkopavanjih, obvesti upravljavce vseh podzemnih naprav na tem območju.

� Slednji proučijo morebitno nevarnost za svoje naprave in ustrezno ukrepajo. Sami navežejo stik z izvajalci ter jih informirajo; po potrebi označijo podzemne cevovode z začasnimi površinskimi oznakami.

16

Boris Jerman

D. Prepoznavanje točne lege cevovoda (utež: 15%)

� Če obstaja “sistem enega klica” :

� Če sistema ni oz njegova uporaba po zakonu ni obvezna:

(Glej tabelo v nadaljevanju.)

Boris Jerman

D. Prepoznavanje točne lege cevovoda (utež: 15%)Točkovanje prepoznavanja točne lege cevovoda glede na kvaliteto »Sistema na en klic« [1]

Opazovana lastnost Št. točk (TI.D.i)

Učinkovitost (Le, če je uporaba sistema obvezna!) 6 točk

Arhiv učinkovitosti delovanja in zanesljivosti. 2 točki

Prepoznavnost (poznavanje med ljudmi in stopnja oglaševanja)

2 točki

Deluje v skladu z minimalnimi standardnimi zahtevami 2 točki

Ustreznost odziva upravljalca cevovoda na klice 5 točk

Točnost podatkov o položaju, globini in značaju cevovodov

4 točke

17

Boris Jerman

D. Prepoznavanje točne lege cevovoda (utež: 15%)

Boris Jerman

E. Program izobraževanja javnosti (15%)

Tabela 5. Točkovanje programa izobraževanja javnosti

Opis aktivnostiŠt. točk (TI.E.i)

Pošiljanje pošte (predvsem lastnikom zemljišč na in ob cevovodu) 2 točki

Letni sestanki z javnimi uradniki 2 točki

Letni sestanki z lokalnimi izvajalci del (izkopavanj) 2 točki

Redni izobraževalni programi za skupine občanov 2 točki

Osebni kontakt (od vrat do vrat) s stanovalci v bližini cevovoda 4 točke

Pošiljanje pošte lokalnim izvajalcem del (izkopavanj) 2 točki

Oglaševanje v medijih, zanimivih za izvajalce del (enkrat letno) 1 točka

18

Boris Jerman

F. Dostopnost koridorja cevovoda (utež: 5%)

Dostopnost inšt. točk (TI.F)

Opis zahtev

Odlična(5 točk)

Pregleden in neoviran koridor:- potek jasno označen;- znaki in označbe jasno vidne iz vsake točke na koridorju,kakor tudi iz zraka, tudi če ena od označb manjka;- znake in označbe na vseh križiščih s cestami, železnico, objarkih in rekah, ki jih cevovod prečka;- označene so vse spremembe smeeri koridorja;- prisotne so označbe za zračni nadzor.

Dobra(3 točke)

Pregleden koridor (rastlinje ne zastira pogleda niti nazemlji, niti iz zraka):- dobro označen: znaki in označbe jasno vidne iz vsaketočke na koridorju, kakor tudi iz zraka, če nobena označbane manjka;- znake in označbe na vseh križiščih s cestami, železnico, objarkih in rekah, ki jih cevovod prečka.

Tabela /1. del. Točkovanje dostopnosti koridorja [1]:

Boris Jerman

F. Dostopnost koridorja cevovoda (utež: 5%)

Tabela /2. del. Točkovanje dostopnosti koridorja [1]:

Dostopnost in št. točk (TI.F)

Opis zahtev

Povprečna (2 točki)

Koridor ni povsod pregleden:- potrebno bi bilo več označb ob cestah, železnici, pri prečkanju rek, ...;

Podpovprečna (1 točka)

Koridor je ponekod poraščen z rastlinjem:- iz zraka se ne vidi povsod tal, s tal ni prostega pregleda po celotnem koridorju;- koridor ponekod neprepoznaven;- koridor je slabo označen;

Slaba (0 točk) Koridor neprepoznaven in neoznačen oz. neprimerno označen.

19

Boris Jerman

G. Pogostost nadzornih obhodov (utež: 15%)

� Nadzorovanje cevovodov z obhodi zmanjšuje nevarnost;

� Pogostejši obhodi, kjer več nenajavljenih izkopavanj;

� Patrulja pozorna tudi na znake minulih aktivnosti;

� Učinkovitosti obhodov se zagotovi:

1. z ustreznim šolanjem osebja

2. z uporabo seznamov aktivnosti, zahtevanih pri obhodu

� Obhodi koristni tudi za odkrivanje puščanja;

� Velika Britanija: kar 25% vseh izkopavanj nenajavljenih;

Boris Jerman

Korozija (do 100 točk) [1]

A. Korozija v atmosferi (0-10 točk)

B. Notranja korozija (0-20 točk)

C. Korozija pod površino (0-70 točk)

20

Boris Jerman

Konstruiranje (do 100 točk) [1]

A. Varnostni faktor (utež: 35%)

B. Utrujanje materiala konstrukcije (utež: 15%)

C. Vodni udar (utež: 10%)

D. Preverjanje integritete (utež: 25%)

E. Premikanje zemljine (utež: 15%)

Boris Jerman

Nepravilno rokovanje (do 100 točk) [1]

Človeška napaka:� v splošnem razlog za okoli 80 % vseh nezgod;

� pri konstrukcijah razlog za okoli 90% napak in le okoli 10 % odpovedi zaradi naključne spremembe obremenitev ali nosilnosti [9].

A. Konstruiranje (utež: 30%)

B. Izgradnja (utež: 20%)

C. Obratovanje (utež: 35%)

D. Vzdrževanje (utež: 15%)

21

Boris Jerman

Faktor vpliva izpust [1]

Relativno tveganje [1]

Opomba: Manjše število točk = večje tveganje.

Boris Jerman

Zaključek

� Celovit model ocenjevanja tveganja;

� Poudarek na škodi po tretji osebi:� predstavlja pomemben faktor tveganja;

� v ocenah tveganja dostikrat zanemarjen;

� Štiri področja točkovana enakovredno;

� Manj točk = večje tveganje;

� Relativno tveganje upošteva okolico (faktor upliva izpusta);

� Upravljanje s tveganji;

22

Boris Jerman

Literatura

[1] Muhlbauer, K.W., Pipeline Risk Management Manual - Ideas, Thniques and Resources, Elsevier,2004.[2] Gleick, J., Chaos, New York: Pengiun Books, 1988.[3] U.S. Department of Transportation, Research and special programs Administration, Office ofpapeline Safety, »Annual Report of Pipelane Safety-Callendar Year 1988«, 400 Seventh St., S.W.,Washington, DC 20590.[4] Pluss, C., Niederbaumer, G., Sagesser, R., »Risk Assessment of the Transiting Pipeline«, Journalof Pipeline Integrity, September 2002.[5] National Transportation Safety Board, »Protecting Public Safety trough Excavation DamagePrevention«, Safety Study NTSB/SS-97/01, Washington, DC: NTBS, 1997.[6] Bolt, R., Lotenberg, T., »Pipelines Onve Buried Never to be Forgetten«, in Reliability on theMove: Safety and Reliability in Transportation (G. B. Guy, Ed.), London: Elsevier Applid Science,1989, pp. 195-207.[7] Morgan, B., »The Importance of Realistic representation of Design Features in the Risk

Assessment of High-Pressure Gas Pipelines«, presented at Pipeline Reliability Conference,Houston, TX, September 1995.[8] Kayser, C. A., Materials Science in Engineering, 3rd ed., Columbus, OH: Charles E. MerrillPublishing Co., 1980, pp. 75-101, 131-159.[9] Miller, P. O., et al., »Dealing with Risk«, Canberra, Australia: The institution of Engineers,March 1993.[10] Kraut, B., Strojniški priročnik, 6. slovenska izdaja, Strojniški vestnik, Ljubljana, Slovenija,1981.

Boris Jerman

Entalpija, entropija, eksergija [10]

Drugi zakon termodinamike: entropija zaprtega sistema se lahko le povečuje [2].

Učinek povečevanja entropije se lahko kompenzira le z dovajanjem energije v sistem.

Entropijo si lahko poenostavljeno predstavljamo kot stopnjo nereda v sistemu.