Научные основы автоматизированного контроля и управления системами обеспечения промышленной безопасности (06.12.2010)

Автор: Бондарук Анатолий Моисеевич

Усовершенствованная система водоотвода предусматривает локальную систему внутриплощадочных очистных сооружений, включающую в себя анаэробную и аэробную стадии биоочистки, озонирование, биосорбер, конечную вакуум-выпарку. Разработана и внедрена более совершенная система получения обессоленной (химочищенной) воды методом обратного осмоса.

Учитывая существующую экологическую ситуацию и тенденции ее изменения, все более очевидной становится необходимость поиска новых путей и подходов к решению экологических проблем промышленного производства.

Различного рода организации становятся все более заинтересованными в том, чтобы добиться достаточной экологической эффективности и демонстрировать ее, контролируя воздействие своей деятельности, продукции или услуг на окружающую среду с учетом своей экологической политики и целевых экологических показателей. Они делают это в условиях все большего ужесточения законодательства, развития экологической политики и других мер, направленных на охрану окружающей среды, а также в условиях общего роста озабоченности заинтересованных сторон вопросами окружающей среды.

Международные стандарты, распространяющиеся на управление

окружающей средой, предназначены для обеспечения предприятия элементами эффективной системы экологического менеджмента, которые могут быть объединены с другими элементами административного управления с тем, чтобы содействовать предприятию в деле достижения экологических и экономических целей.

Выбор систем контроля, управления и автоматической защиты по надежности, быстродействию, допустимой погрешности измерительных систем и другим техническим характеристикам осуществляется с учетом особенностей технологического процесса и в зависимости от категории взрывоопасности технологических блоков, входящих в объект.

Оптимальные методы и средства автоматической защиты выбираются на основе анализа опасности технологических объектов, условий возникновения и развития возможных аварийных ситуаций, особенностей технологических процессов и аппаратурного оформления. Рациональный выбор средств для систем автоматической защиты осуществляется с учетом их надежности, быстродействия и т.п.

Вторая глава посвящена разработке научных основ обеспечения промышленной безопасности при создании автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Предприятия нефтехимического комплекса относятся к категории производств с повышенной степенью опасности. В связи с этим при создании автоматизированных систем управления технологическими процессами на таких предприятиях должны выполняться жесткие требования к обеспечению промышленной безопасности, использования искро- и взрывозащищенного оборудования. Наиболее часто задача обеспечения повышенных требований к промышленной безопасности решается путем использования проверенных временем технических решений. Такой подход коренным образом тормозит прогресс в развитии современных, полностью автоматизированных производственных процессов, основанных на широком использовании современных информационных технологий и микропроцессорной техники. Преодолеть указанную проблему, заметно тормозящую научно-технический прогресс в отрасли, достаточно сложно, поскольку вопросы промышленной безопасности находятся на первом месте по степени значимости. Одним из путей решения указанной проблемы является развитие научных исследований в области промышленной безопасности автоматизированных систем управления технологическими процессами. В данной главе рассмотрен ряд научно-технических проблем, решение которых необходимо на пути создания современных автоматизированных систем управления технологическими процессами с повышенными требованиями промышленной безопасности. Основное внимание в данной главе уделяется помехоустойчивости и электромагнитной совместимости в автоматизированных системах управления технологическими процессами.

Электромагнитная совместимость (electromagnetic compatibility ( EMC) – это способность одновременного нормального функционирования с требуемым качеством различных устройств и систем. На любом современном предприятии одновременно функционируют десятки и даже сотни тысяч единиц техники, являющихся источниками электромагнитных помех. Поэтому вопросы электромагнитной совместимости весьма актуальны с точки зрения обеспечения высокой надежности и безотказности функционирования технологического оборудования. Для обеспечения электромагнитной совместимости приходится решать два круга задач. Во-первых, создаваемое устройство должно нормально работать в условиях существующих непреднамеренных электромагнитных помех. Во-вторых, создаваемое устройство в процессе своей работы не должно создавать высокий уровень электромагнитных полей, вызывающих сбои в работе другого оборудования.

К сожалению, вопросы электромагнитной совместимости относительно редко рассматриваются и обсуждаются в современной научно-технической и учебно-методической литературе, посвященной разработке и эксплуатации технологического оборудования нефтехимического профиля. В связи с этим современные инженерно-технические работники и проектировщики не располагают необходимыми знаниями в этой области, что приводит к увеличению рисков сбоев и отказа в работе даже полностью исправного технологического оборудования.

Имеется несколько основных причин электромагнитной несовместимости ряда устройств и систем. Первая причина связана с тем, что некоторые устройства создают чрезмерно высокий уровень электромагнитных полей и помех, способных помешать работе других устройств. Вторая причина связана с высокой чувствительностью некоторых устройств к электромагнитным помехам. Третья причина связана с конфликтными ситуациями в использовании частотных диапазонов в эфире, в каналах связи и в каналах управления.

Существует около двух десятков факторов появления электромагнитных помех и примерно такое же количество их распространения в зонах

установки и функционирования технологического оборудования и систем управления. Некоторые факторы появления и распространения электромагнитных помех могут быть устранены полностью, влияние других факторов может быть снижено, некоторые электромагнитные помехи могут оказаться неустранимыми. В связи с этим технологическое оборудование должно быть рассчитано на качественную и надежную работу в условиях сильных

электромагнитных полей.

В настоящее время на территории Российской Федерации используется несимметричная система электропитания конечных потребителей. Достоинством несимметричной системы электропитания являются существенно меньшие затраты на подводящие силовые электрические кабели, распределительные щиты и систему защиты от перегрузок. Основным недостатком несимметричной системы электропитания является примерно на 2 порядка более высокий уровень низкочастотных электромагнитных помех, создаваемых кабельными магистралями и силовым распределительным оборудованием. Эти помехи оказывают существенное влияние на качество и надежность работы систем сбора информации с датчиков информации и управления технологическим оборудованием.

Импортное технологическое оборудование первоначально проектируется и создается из расчета работы с симметричными электрическими сетями. Последующая адаптация такого оборудования на работу с несимметричными электрическими сетями приводит к снижению надежности и качества работы технологического оборудования.

Для обеспечения высоких показателей промышленной безопасности установка, монтаж, отладка и эксплуатация импортного технологического оборудования должны решаться комплексно с учетом необходимости приобретения и установки электрического распределительного оборудования, силовых кабелей и электрических подстанций, обеспечивающих симметричное электропитание импортного технологического оборудования.

Комплексное решение проблемы защиты электронных блоков технологического оборудования от электромагнитных помех должно предусматривать применение помехоустойчивых исполнительных элементов управления, использование логических схем обнаружения и исключения случайных импульсных помех, применение гальванических развязок при межблочном соединении оборудования, помехоустойчивое подключение датчиков информации.

В третьей главе проводится теоретический анализ различных методов количественных оценок статистических характеристик техногенных рисков для технологического оборудования нефтехимических предприятий в различных условиях эксплуатации, обслуживания, ремонта, восстановления и резервирования.

В работе отмечается, что для расчета вероятностей отказа промышленного оборудования в настоящее время часто используются упрощенные модели, в которых рассматриваются технологические линии, состоящие из N последовательно включенных между собой звеньев со статистически независимыми отказами элементов оборудования во времени.

Предположение о статистической независимости элементов часто оказывается неоправданным для реальных объектов. Причиной взаимного коррелированного выхода из строя элементов могут стать пожар, повышенная радиация, наводнение, прорыв трубопроводов с затоплением производственных помещений, землетрясение и т.п. В любом из перечисленных выше случаев все элементы последовательного соединения могут одновременно стать менее надежными. Для последовательного соединения статистически зависимых элементов вероятность работоспособного состояния одной линии q1л в течение фиксированного промежутка времени T оказывается меньшей рассчитанной согласно гипотезе о статистической независимости.

Следует заметить, что в инженерных и конструкторских расчетах надежности относительно редко используется предположение о зависимом влиянии элементов друг на друга. Когда же возникают такие случаи коррелированного отказа элементов оборудования, то все списывается на форс-мажорные ситуации. Заметим, что факторами коррелированного отказа элементов могут быть:

разрыв трубопроводов, подающих реагенты и воду, с последующим затоплением технологического оборудования;

разрыв любых соединений между блоками с последующим затоплением технологического оборудования;

серьезное нарушение герметичности или разрушение корпуса любого элемента, через который подаются жидкие вещества и вода, с последующим затоплением технологического оборудования;

скачки напряжения или полное отключение подачи электроэнергии в электросети;

воспламенение химических веществ и оборудования;

стихийные бедствия и т.п.

По понятным причинам при проектировании оборудования очень сложно осуществить учет приведенных выше факторов взаимного влияния элементов оборудования, т.к. обычно указанные выше события развиваются достаточно непредсказуемо. Наиболее радикальным путем является предотвращение наступления возможности коррелированного отказа оборудования. Для этого можно использовать следующие мероприятия:

размещать наиболее ответственные или потенциально опасные звенья технологической линии в герметических отсеках производственного здания или сооружения;

разделять отдельные части технологического оборудования прочными несгораемыми перегородками;

предусматривать резервное электропитание для всех звеньев технологической линии;

использовать сейсмически устойчивые здания и сооружения;

оперативно блокировать работу технологической линии и вспомогательного оборудования при наступлении потенциально опасных чрезвычайных ситуаций.

В качестве следующей статистической модели для оценки надежности рассмотрен расчет вероятности работоспособного состояния оборудования без резервирования с фиксированными вероятностями отказа при смешанном последовательно-параллельном соединении звеньев. Показано, что для расчета надежности подобных технологических систем можно использовать модель с последовательным соединением статистически независимых звеньев.

Проведена сопоставительная оценка надежности технологического оборудования с общим и раздельным резервированием. Из сравнения результатов вычислений видно, что при раздельном резервировании вероятность безотказной работы значительно выше, чем при общем резервировании. На рисунке 1 приведены полученные на основе аналитических формул расчетные зависимости значения вероятности безотказной работы оборудования при разных значениях числа звеньев N и коэффициента резервирования (m-1). Расчеты проведены в предположении равнонадежности элементов и вероятности их безотказной работы q = 0,85.

Рисунок 1 (

Расчетные

зависимости


загрузка...