Научно-методические основы обеспечения безопасной эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазового комплекса на основе управления системными рисками (стр. 11 )

Dt1, Dt2 ‒ временные интервалы обследования (измерения) автокорреляционных функций R¢ и R² соответственно.

Суммарный относительный риск на ранней стадии возникновения аварийной ситуации при n опасностях определяется как:

. (24)

По сравнению со стандартным методом расчета «абсолютного риска» [87, 89], определяемого по величине потенциального материального ущерба при возникновении аварии, предлагаемая технология позволяет прогнозировать и ранжировать ОПО по степени опасности не только на стадии проектирования, но и в процессе эксплуатации технологического оборудования на стадии возникновения предаварийной ситуации.

В основу концепции управления минимизацией рисков может быть положен корреляционный подход к разработке технологии управления потенциально опасными объектами, когда реализуется решение интегрального уравнения [85, 92, 138]:

Rс. п(t) = , (25)

где Rc ‒ автокорреляционная функция производительности (расхода) сырья на входе реакционного модуля технологической установки;

Rc, п ‒ функция взаимной корреляции производительности Q (расхода) сырья и производительности (расхода) продукта;

h(q) ‒ импульсная переходная характеристика потенциально опасного объекта технологической установки.

Для определения параметров h достаточно лишь определить в процессе эксплуатации ОПО автокорреляционные и взаимнокорреляционные функции по расходу сырья и производительности по продукту.

Следует отметить, что в общем случае корреляционную функцию определяют по известной формуле [92]:

R(t) = .

При f1(t) = f2(t) приведенное выражение представляет собой функцию автокорреляции R1(t), при f1(t) ¹f2(t) ‒ функцию взаимной корреляции R1,2(t).

Учитывая, что отдельные модули искомой технологической установки статистически связаны между собой, алгоритмы для вычисления корреляционных функций и их матриц для совокупности информационных параметров технологической установки усложняются и подробно представлены в работе [85].

При окончательных расчетах по выбору оптимальных режимов функционирования ОПО согласно данным приведенного интегрального уравнения, обеспечивающих задаваемый критерий минимума потенциальной опасности RS и КГ, необходимым является мониторинг входных и выходных режимных параметров модулей технологической установки в режиме «On-Linе». При этом управляющими воздействиями, обеспечивающими обратные связи в системе управления ОПО, будут энергетические характеристики и длительность импульсной переходной характеристики h(t), обеспечивающие заданный уровень синергетического риска согласно алгоритмам (23) и (24).

Функциональная схема управления минимизацией рисков, разработанная на основе реализации количественной корреляционной оценки синергетического риска и представленных алгоритмов управления нестационарных технологических установок, приведена на рисунке 16.

 

Рисунок 16 ‒ Функциональная схема управления минимизацией
рисков на основе использования синергетических
показателей аварийных ситуаций для ОПО
нефтегазового комплекса

Следует отметить, что на данный момент представленная методология управления является единственной, позволяющей количественно оценить не только степень безопасности ОПО с учетом нестационарности технологических процессов, но и управлять минимизацией синергетического риска на ранней стадии возникновения возможной аварийной ситуации в процессе эксплуатации технологической установки. При этом снижение методической погрешности управления достигается за счет учета нестационарных режимов эксплуатации путем использования корреляционного подхода к анализу и синтезу развития сценариев аварийных ситуаций, когда представляется возможность регулирования входных и выходных энергетических и технологических характеристик установки по задаваемому закону в режиме «On-Line».

Отличительными особенностями разработанной концепции и функциональной схемы для реализации технологии управления минимизацией рисков является использование не только технологии раннего распознавания предаварийных ситуаций на основе учета нестационарных рисков, но и применение технологии синтеза автоматизированного комплекса мониторинга и управления минимизацией рисков с соответствующими обратными связями, основанными на управлении энергетическими процессами ОПО нефтегазового комплекса.

Выводы по главе 2

1. Приведены результаты анализа и исследований нестационарности технологических процессов и технологического оборудования и показана необходимость их учета при проектировании и безопасной эксплуатации ОПО нефтегазового комплекса.

2. Впервые предложены и разработаны корреляционные критерии оценки опасности ОПО и произведено ранжирование технологического оборудования по степени опасности, что позволяет в форматах 2D и 3D осуществлять проектирование размещения оборудования, трубопроводных систем опасных объектов и обслуживающего персонала.

3. Разработано алгоритмическое обеспечение количественной оценки относительного показателя опасности технологического оборудования, позволяющего количественно оценить суммарную потенциальную пожароопасность, взрывоопасность и надежность оборудования, с учетом нестационарности эксплуатации ОПО.

4. Впервые предложены и разработаны критерии и методика раннего распознавания предаварийных ситуаций, позволяющие идентифицировать по результатам измерения в реальном времени степень опасности предаварийных ситуаций, дать количественную оценку степени опасности и принять соответствующие меры по устранению предаварийной ситуации.

Следует особо отметить, что полученные данные коррелируют с данными прогнозной вероятности безотказной эксплуатации технологического оборудования.

5. Впервые предложена и разработана методология оценки синергетического риска на основе комплексного использования количественного критерия вероятности возникновения опасных ситуаций и энергоэффективности технологических установок, позволяющая осуществить их ранжирование по степени энергоэффективности эксплуатации, учитывающей последствия воздействия аварий и их ликвидацию.

6. Разработаны требования к построению функциональной схемы безопасной эксплуатации оборудования с учетом нестационарных рисков.

ГЛАВА 3 Исследование и разработка методологии управления минимизацией нестационарных рисков
с использованием информационно-управляющей
системы обеспечения безопасности эксплуатации
опасных производственных объектов

3.1 Принципы разработки методологии управления минимизацией нестационарных рисков на стадии проектирования системы обеспечения безопасности

По результатам анализа проведенных исследований и математического моделирования нестационарных условий возникновения и развития аварийных ситуаций с целью минимизации рисков нами предлагается новая технология управления минимизацией рисков для ОПО нефтегазового комплекса, основанная на системном анализе входной информации и более достоверном прогнозировании аварийных ситуаций на ранней стадии их возникновения [65-74].

Учитывая, что причины возникновения аварийной ситуации, как правило, подразделяют на следующие класса, включающие:

· отклонения от технологического регламента;

· отказы оборудования;

· внешние причины (стихийные бедствия, катастрофы, диверсии и т. д.);

· ошибки производственного персонала;

и основываясь на данной классификации и требованиях законодательства РФ, стандартов OSHA 29 CFR 1910.119 и EPA RM Program Rule 40 CFR Part 68 и корпоративных стандартах управления безопасностью, нами предлагается модель управления производственной безопасностью и охраной труда, представленная на рисунке 17. Данную модель рекомендуется использовать при разработке системы управления промышленной безопасностью и охраной труда ОПО.

ИУС ГРПБ – Информационно-управляющая система государственного регулирования промышленной безопасности

Рисунок 17 ‒ Модель системы управления промышленной
безопасностью и охраны труда для предприятий
нефтегазового комплекса [39-53]

Рассмотрим модель согласно требованиям действующего законодательства.

Раздел «Технология» с точки зрения формирования безопасности в России закладывается Федеральными законами «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» и «О техническом регулировании»:

- технологический регламент (, , ПБ , ПБ , ПБ и др.);

- паспорт безопасности потенциально опасного объекта (ПОО) (Приказ МЧС России от 01.01.2001 г. № 000);

- декларация промышленной безопасности (, РД , РД , РД , ПБ и др.);

- план ликвидации аварии (, , ПБ ,
ПБ и др.);

- план ликвидации аварийных ситуаций (, РД ,
ПБ и др.);

- план по предупреждению и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов (, , и др.);

- трехмерная модель ПОО (Указания МЧС России от 01.01.2001 г.
№ ).

Элементы модели системы управления раздела «Оборудование» используются при формировании таких документов, как:

- разрешение на применение технических устройств (ФЗ № 000);

- сертификация или декларирование соответствия (ФЗ № 000,
ФЗ № 000)

- руководства (инструкции) по эксплуатации машины и (или)
оборудования (Технический регламент «О безопасности машин и оборудования»);

- испытания после проведения пусконаладочных работ (СНиП 3.05.01-85, СНиП 3.05.05-84);

- идентификация объектов (ФЗ № 000, Административный регламент):

- планово-предупредительный ремонт (ГОСТ , ГОСТ Р ИСО и др.);

- мониторинг технического состояния оборудования (ГОСТ Р );

- экспертиза промышленной безопасности (ФЗ № 000).

Раздел «Персонал» в данной модели является основным при построении системы управления безопасности. Статистика на ОПО показывает, что в более 60 % аварий связаны с человеческим фактором (ошибками, браком, несоблюдением производственной дисциплины при проектировании, строительстве и эксплуатации). Рассмотрим элементы модели из раздела «Персонал»:

- подготовка и аттестация руководителей и специалистов (приказ ФСЭТАН от 01.01.2001 г. № 37);

- организация взаимодействия с другими организациями-подрядчиками (как правило, прописываются внутренними стандартами промышленного предприятия);

- порядок проведения расследования происшествий (ФЗ № 000, Административный регламент, утвержденный приказом Минприроды России от 30.06.09 г. № 000);

- охрана труда и организация производственного контроля по промышленной безопасности ( и ГОСТ);

- управление персоналом (по факту выполнения должностных обязанностей и (или) оценка персонала, основанная на компетенциях);

- профилактика неблагоприятных событий и т. д.

Разработанная модель системы управления промышленной безопасностью и охраной труда предприятий нефтегазового комплекса позволяет сформулировать принципы управления минимизацией рисков при эксплуатации взрывопожароопасного оборудования на этих предприятиях.

Приведенная модель технологии управления реализуется на практике в составе информационно-управляющей системы типового предприятия, эксплуатирующего нефтегазовое оборудование и межобъектовые трубопроводы. В состав разрабатываемой модели (на основе представленной модели информационно-управляющей системы типового предприятия, эксплуатирующего нефтегазовое оборудование и трубопроводные системы, реализующей концепцию минимизации рисков) входят следующие элементы технологии, основанные на использовании нестационарных корреляционных моделей и адаптивной обратной связи с ОПО:

- технология проектирования безопасной эксплуатации ОПО («САПР-Безопасность») в режиме «Off-Line»;

- технология количественной оценки опасностей, основанная на моделировании нестационарных технологических процессов;

- технология построения геоинформационных моделей зон поражения и сценариев развития аварийных ситуаций с учетом нестационарности технологических процессов;

- технология безопасной эксплуатации ОПО, основанная на корреляционном анализе технологических процессов в режиме «On-Line»;

- автоматизированная система оперативного мониторинга и управления минимизацией рисков, объединяющая в локальную сеть все модули технологических установок с противоаварийной защитой;

- автоматизированная система управления минимизацией рисков, основанная на минимизации стоимостных и энергетических затрат на локализацию и ликвидацию последствий аварийных ситуаций.

Функциональная схема разработанной технологии управления минимизацией нестационарных рисков представлена на рисунке 18.

В состав технологии входит реализация 7 технологических подсистем:

- подсистема разработки информационно-управляющей модели управления минимизацией рисков, основанная на корреляционном моделировании нестационарных рисков;

- подсистема сбора и формирования банка данных о безопасной эксплуатации технологических установок и отказах оборудования;

- подсистема прогнозирования потенциальной опасности условий безопасной эксплуатации технологического оборудования, основанная на анализе вероятностно-статистических моделей распознаваний аварийных ситуаций;

- подсистема построения «деревьев отказов» и «деревьев событий», основанная на учете нестационарности процессов и событий посредством «САПР-Безопасность»;

- подсистема мониторинга и оперативного анализа вероятности возникновения аварийных ситуаций на ранней стадии «АРМ-Безопасность», позволяющая в режиме «On-Line» осуществлять раннее распознавание предаварийных ситуаций и осуществлять противоаварийную защиту;

- подсистема алгоритмического и программного обеспечения поиска минимальных значений рисков и планов локализации и ликвидации предаварийных ситуаций;

- подсистема управления принятием технологических решений по поиску адаптивных управляющих воздействий и мероприятий по минимизации рисков и противоаварийной защите.

Рисунок 18 ‒ Функциональная схема реализации технологии
управления минимизацией рисков на основе
информационно-управляющей системы обеспечения безопасности

Первая очередь разработанной системы баз цифровой информации в подсистемах представленной технологии использует ГИС-технологию как интегрированный банк данных предприятия с применением СУБД Oracle и ГИС Arс/Info. Технология доступа и формирования интегрированного банка данных предприятия основана на архитектуре клиент-сервер, причем в качестве клиента используется ГИС Arс/View [38-53, 126].

Опытная апробация первой очереди разработанной технологии и информационно-управляющей системы на ОПО позволила снизить степень технического риска на три порядка [38-53, 89] (Приложения 1, 3).

Разработанная функциональная схема реализации концепции минимизации рисков (рисунок 18), обеспечивающая требуемый приемлемый уровень безопасности, направлена на предупреждение аварийных ситуаций и реализуется за счет использования проектов безопасного размещения модулей технологического оборудования с учетом поражающих факторов установкой программируемых контроллеров, противозащитного оборудования и защитных экранов, созданием соответствующей вентиляции, созданием автоматизированных систем управления клапанно-запорной арматуры и других противозащитных технологий, обеспечивающих требуемый уровень безопасности как на уровне «Off-Line» в системе «САПР-Безопасность», так и на уровне «On-Line» в системе «АРМ-Безопасность» разработанной информационно-управляющей системы. При этом величина минимизации синергетического риска должна соответствовать вероятности отказа элементов системы с учетом нестационарности технологических процессов, определяемой по данным расчета корреляционных моментов, согласно алгоритмам, представленным в главе 2.

3.2 Требования к построению информационно-управляющей
системы обеспечения безопасности при эксплуатации опасных производственных объектов

Автором сформулированы следующие требования к построению информационно-управляющей системы обеспечения безопасности «ИУС-Безопасность», позволяющей реализовать технологию управления минимизацией рисков при проектировании и эксплуатации ОПО и трубопроводных систем:

· создание системы сбора и мониторинга процесса эксплуатации ОПО, позволяющей получать достоверную входную информацию о безопасном ведении производственных процессов [38-53];

· создание и ведение информационного обеспечения ИУС, соответствующего единым стандартам и классификаторам, включая единые требования к организации хранения и доступа к специализированным базам данных технологических установок и к банку данных (БД) предприятия [126];

· методическое обеспечение ИУС должно соответствовать действующему нормативно-правовому обеспечению безопасности проектирования и эксплуатации ОПО согласно руководящим документам и законодательству РФ [107-111, 129, 130, 162-166];

· техническое обеспечение «ИУС-Безопасность» должно включать первичные средства управления – датчики давления, расхода, температуры, вибрации, плотности, уровня и др.;

· пункты сбора и предварительной обработки информации, поступаемой от первичных датчиков, на основе контроллерной внешней аппаратуры и компьютерная техника с периферийными устройствами должны быть в индустриальном исполнении. Техническое обеспечение ИУС должно содержать апробированные технические решения, соответствующие современным промышленным стандартам открытых компьютерных систем [126];

· программное обеспечение разрабатываемой ИУС (ОС, СУБД, сетевое и коммуникационное обеспечение, программы для корреляционного анализа, программы вероятностно-статистического моделирования для технологических процессов и др.) должно соответствовать базовому программному обеспечению [43, 47, 150].

Отличительной особенностью разрабатываемой ИУС является использование на этапах проектирования и эксплуатации ОПО инновационного потенциала, базирующегося на инновационных технологиях, направленных, в первую очередь, на предупреждение аварийных ситуаций с учетом нестандартности самих объектов и нестационарности технологических процессов [38-53].

Учитывая на данный момент отсутствие подобных информационно-управляющих систем безопасности с программируемыми контроллерами противоаварийной защиты на ранней стадии возникновения аварийной ситуации, рассмотрим требования к методическому информационному, техническому и программному обеспечению в отдельности.

Требования к методическому обеспечению.

Методическое обеспечение «ИУС-Безопасность» должно включать решение следующих методических задач:

- разработка методики выбора информационных параметров и сбора входной информации о безопасности технологических процессов;

- разработка методики диагностики нарушений технологических процессов для предприятий нефтегазового комплекса;

- разработка методики построения формализованных нестационарных моделей возникновения и развития аварийных ситуаций на основе «деревьев отказов» и «деревьев событий»;

- разработка методики количественной оценки синергетического риска с учетом нестационарности технологических процессов;

- разработка методики управления минимизацией рисков в режиме «On-Line»;

- разработка методики разработки Паспортов и Деклараций промышленной безопасности с учетом нестационарности ОПО;

- разработка методики разработки Планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций.

Организация информационных потоков для реализации методики диагностики отказов и нарушений технологических процессов представлена на рисунке 19 и позволяет на основе теории распознавания образов выявить потенциальные причины возникновения аварийных ситуаций.

При разработке формализованных моделей развития аварийных ситуаций на основе «деревьев отказов» и «деревьев событий» используется методика, изложенная в главе 2.

Количественная оценка вероятности возникновения аварийных ситуаций проводится на основе предложенного нами корреляционного метода анализа потенциального синергетического риска, на основе расчетов которого ведется сравнение с текущим анализом технического риска в режиме «On-Line» и дается прогнозная оценка временных интервалов безремонтной эксплуатации ОПО. Результатом функционирования методического обеспечения является формирование выходных документов и заключения о промышленной безопасности ОПО в форме Паспорта и Декларации промышленной безопасности [38-53].

Рисунок 19 ‒ Организация информационных потоков в модели
управления минимизацией синергетического риска

Требования к информационному обеспечению [38-53]

Информационное обеспечение управления безопасностью должно включать:

- справочные материалы по ретроспективной входной информации, необходимые для количественной оценки рисков;

- базы данных, содержащие информацию о безопасной эксплуатации ОПО;

- программная документация для расчетов по проектированию и безопасной эксплуатации ОПО;