Программное обеспечение комплекса оперативного мониторинга и регулирования безопасной эксплуатации трубопроводных систем [31, 43, 125, 150, 156] включает системное и прикладное программное обеспечение.
Системное ПО состоит из общесистемного ПО и специального системного ПО.
В качестве общесистемного ПО выбрана операционная система
Windows.
Специальное системное ПО реализует выполнение следующих
функций:
- проведение измерений;
- диалог с оператором комплекса;
- управление функционированием узлов и агрегатов;
- формирование и ведение файлов, представляющих таблицы, отчетные документы и др.;
- формирование и вывод на экраны мониторов оперативной информации в виде схем и графиков;
- обмен информацией между уровнями иерархической системы согласно информационно - вычислительной сети, представленной на рисунке 21.
Прикладное ПО реализует выполнение следующих функций:
- подготовка к работе комплекса;
- инициализация комплекса;
- оперативный контроль входной информации;
- обработка входной информации;
- интерпретация результатов обработки;
- оптимизация технологических процессов;
- хранение информации.
ПО для подготовки и инициализации комплекса реализует выполнение следующих функций:
- настройка комплекса на конкретные условия трассы трубопроводной системы и расчет координат трубопровода;
- установка заданных технологических показателей перекачки транспортируемой среды;
- выбор режимов эксплуатации трубопроводной системы в режиме «On-Line»;
- выбор режимов записи и регистрации входной и выходной информации.
ПО для обработки и интерпретации регистрируемой многоканальной информации реализует выполнение следующих функций:
- предварительный этап первичной обработки;
- фильтрация и накопление многоканальной информации, поступающей со всей длины трубопроводной системы;
- контроль технологических параметров эксплуатации в режиме «On-Line»;
- обработка многоканальной гидродинамической информации;
- обработка многоканальной акустической информации;
- обработка оперативной информации для раннего распознавания предаварийной ситуации;
- моделирование нестационарных процессов транспортирования углеводородной среды.
В режиме предварительной обработки ПО реализует следующие режимы накопления многоканальной входной информации:
- запись и чтение длинных зон в формате SEG-B;
- чтение и запись файлов в мультиплексной форме;
- отображение в экранной форме мультиплексной записи гидродинамической и акустической информации;
- редактирование формата мультиплексной записи;
- печать мультиплексного формата.
В режиме мультиплексирования ПО реализует:
- чтение в формате С1;
- отображение на экране монитора мультиплексной записи;
- печать мультиплексного формата.
В режиме демультиплексирования ПО реализует:
- демультиплексирования записей при многоканальной регистрации входной информации;
- распечатка демультиплексированной информации;
- вывод записей на экран монитора и редактирование;
- режекторная фильтрация 50 Гц и автоматическая регулировка усиления.
При обработке многоканальной информации, регистрируемой с датчиков по всей длине трубопровода, производится корреляция сигналов давления и акустических сигналов по всей трассе трубопровода и реализуется следующая последовательность операций:
- накопление информационных сигналов;
- регулирование динамического диапазона многоканальных записей;
- расчет спектральных информационных сигналов;
- расчет функций автокорреляции и их визуализация;
- подавление корреляционных помех и случайного шума;
- расчет переходных и передаточных характеристик трубопроводной системы, согласно алгоритмам, приведенным в главе 2;
- расчет взаимокорреляционных функций;
- расчет фазовых спектров и дисперсионных характеристик скорости распространения волнового поля по трубопроводу;
- накопление автокорреляционных и взаимокорреляционных функций;
- расчет индексов нестационарности и оптимальных параметров гидродинамической системы.
Программное обеспечение документирования результатов расчетов и передачи данных на верхний уровень информационно-вычислительной сети реализует следующие алгоритмы:
- вывод на печать и мониторы сообщений о раннем распознавании предаварийных ситуаций и необходимых управляющих решений;
- организация передачи расчетных данных на верхние уровни управления комплекса оперативного мониторинга;
- документирование результатов обработки и организация хранения входной и выходной информации на магнитных носителях банка данных «ИУС-Безопасность».
Разработанное программное обеспечение представлено в виде функциональной схемы (рисунок 25).
Соответствующие инструктивно-методические материалы, разработанные для сопровождения отдельных подсистем комплекса оперативного мониторинга, представлены в Приложениях 2, 4, 5, 6, 8, 9.
Рисунок 25 ‒ Функциональная схема программного модуля управления минимизацией нестационарных рисков в режиме «On-Line»
4.4 Опробование аппаратно-программного комплекса
для оперативного мониторинга безопасной эксплуатации
трубопроводных систем при транспортировании
взрывопожароопасных и химически опасных сред
При опробовании первой очереди опытного образца комплекса для оперативного мониторинга безопасной эксплуатации трубопроводной системы [43, 53, 92] (Приложение 1) были реализованы следующие инновационные методические решения:
- методика обработки и интерпретации многоканальной гидродинамической информации;
- методика обработки многоканальной акустической информации;
- методика моделирования нестационарных процессов в гидродинамической и акустической системах комплекса оперативного мониторинга;
- методика количественной оценки нестационарного синергетического риска;
- методика расчета индексов нестационарности в трубопроводной системе;
- методика количественной оценки напряженного состояния металлической оболочки трубопровода;
- методика управления синергетическим нестационарным риском при эксплуатации ОПО.
Алгоритмическое и программное обеспечение комплекса разработаны совместно с к. т.н.
Опробование программного обеспечения комплекса для оперативного мониторинга включало в себя опробование пяти программных модулей:
- модуль оперативной обработки информации «On-Line» в реальном времени эксплуатации трубопроводной системы;
- модуль обработки и интерпретации информации для обработки данных, полученных после измерений в режиме «Off-Line»;
- модуль «SETUP» для настройки и адаптации модулей «On-Line» и «Off-Line» к конкретным условиям эксплуатации;
- модуль «Print Trades» для печати и визуализации данных, получаемый в режиме «On-Line»;
- модуль «Print Trades» для печати и визуализации данных, получаемых в режиме «Off-Line».
Примеры функционирования разработанного программного модуля при расчете автокорреляционных и взаимокорреляционных функций с последующим расчетом индекса нестационарности гидродинамических процессов в трубопроводной системе представлены на рисунках 26 и 27.
Рисунок 26 ‒ Параметры регистрации информационных сигналов
в комплексе оперативного мониторинга
Рисунок 27 ‒ Функции авто - и взаимной корреляции (ФАК, ФВК)
нестационарных гидродинамических процессов
в трубопроводной системе транспортирования
нефтепродукта и индекса нестационарности R
Реализация разработанного комплекса на основе минимизации нестационарных рисков при эксплуатации трубопроводных систем транспортирования взрывопожароопасных и химически опасных сред позволяет адаптировать программное обеспечение системы к специфике любого ОПО, а методология оперативного мониторинга может быть адаптирована к условиям эксплуатации трубопроводов с любой сложностью построения, в т. ч. и для магистральных нефтегазопроводов с целью контроля и управления технологическими параметрами в режиме реального времени.
Подобный комплекс для оперативного мониторинга и управления безопасностью трубопроводных систем транспортирования взрывопожароопасных и химически опасных сред не имеет аналогов в мировой практике строительства и эксплуатации трубопроводных систем.
Выводы по главе 4
1. Предложены и разработаны концептуальные основы и критерии оперативного мониторинга и управления безопасностью ОПО нефтегазового комплекса с использованием технологии минимизации синергетического риска.
2. Обоснованы и разработаны требования к аппаратно-программному комплексу оперативного контроля и управления минимизацией рисков для опасных объектов нефтегазового комплекса.
3. Обоснованы и разработаны принципы построения комплекса оперативного мониторинга и управления транспортированием взрывопожароопасных и химически опасных сред при эксплуатации трубопроводных систем.
4. Предложена и разработана функциональная схема аппаратно-программного комплекса, реализующая оперативный мониторинг и управление технологическими режимами эксплуатации трубопроводных систем транспортирования углеводородных сред.
5. Отличительными особенностями разработанного комплекса являются использование многоканальной системы оперативного мониторинга и возможность прогнозирования аварийных ситуаций на ранней стадии их возникновения.
6. На стадии оперативного мониторинга эксплуатации трубопроводных транспортных систем разработанный комплекс позволяет реализовать решение следующих задач:
- корреляционная обработка многоканальной входной информации;
- количественная оценка нестационарного синергетического риска;
- количественная оценка индексов нестационарности;
- количественная оценка нестационарности гидродинамической системы;
- количественная оценка напряженного состояния трубопроводной системы;
- раннее распознавание предаварийных ситуаций.
7. На стадии оперативного управления эксплуатацией трубопроводной системы комплекс обеспечивает решение следующих задач:
- выбор оптимальных режимов эксплуатации гидродинамической системы трубопровода;
- выбор оптимальных режимов системы аварийной защиты;
- обеспечение стабилизации минимальных величин индекса нестационарности в оперативном режиме.
8. Впервые предложена и разработана технология оперативного управления минимизацией нестационарных рисков на основе измерения корреляционных моментов гидродинамической и акустической информации.
9. Обоснованные и разработанные критерии оперативного мониторинга и управления минимизацией нестационарных рисков позволяют
по-новому подойти к созданию дистанционного мониторинга безаварийной работы опасных объектов в различных условиях эксплуатации.
ГЛАВА 5 Опытно-промышленное применение и внедрение
технологии проектирования и эксплуатации опасных производственных объектов нефтегазового комплекса
с использованием минимизации синергетического риска
5.1 Результаты опробования и внедрения организационной структуры эксплуатации опасных производственных
объектов нефтегазового комплекса
Разработанная организационная структура в рамках функционирования первой очереди информационно-управляющей системы «ИУС-Безопасность» обеспечивает:
· сбор и первичную обработку данных (аналого-цифровое преобразование, измерение, масштабирование, проверку достоверности) о безопасности технологических процессов и технологического оборудования;
· сбор информации по данным мониторинга о состоянии и работе технологического оборудования, насосных агрегатов, схем автоматического регулирования давлений и аварийной защиты, устройства гашения ударных волн в трубопроводе и др.;
· распознавание и сигнализацию о предаварийных и аварийных ситуациях;
· сигнализацию отклонений приемлемого уровня риска от заданных пределов;
·регистрацию контролируемых параметров и событий;
· ведение технической документации и инструктивно-методических материалов.
Организационная структура безопасной эксплуатации реализована при участии автора в составе внедренной первой очереди «ИУС-Безопасность» на основе сетевой интеграции автоматизированных систем управления технологическими установками и стационарных компьютеризированных систем мониторинга на объектах нефтехим Салават» и химический завод».
Функциональная схема организационной структуры безопасной эксплуатации технологических установок представлена на рисунке 28.
Перечень разработанных и внедренных в производство инструктивно-методических материалов и технологической документации, обеспечивающих безопасность объектов нефтегазового комплекса для соответствующих модулей потенциально опасных установок, представлен в Приложениях 4, 5, 6, 8.
Для обеспечения безопасной эксплуатации модулей технологических установок разработанная многоуровневая иерархическая структура позволяет решать организационные задачи принятия управляющих решений как в режиме «Off-Line», так и в режиме «On-Line».
В режиме «Off-Line» решаются следующие задачи повышения безопасности ОПО:
· обеспечение интеграции локальных подсистем в рамках единого банка данных технологических процессов;
· формирование и ведение единого банка данных ретроспективной и оперативной информации с целью доступа на основе стандартных интерфейсов различных прикладных систем применяемых технологических модулей;
· соблюдение требований инструктивно-методических материалов и регламента безопасности технологических процессов и оборудования;
· выбор технических средств и технологических мероприятий для обеспечения безопасной эксплуатации объектов технологической установки;
· организация мероприятий по предупреждению аварий и аварийных ситуаций, включая организацию ППР;
· принятие технологических и организационных решений по эвакуации персонала и ликвидации аварийных ситуаций на ранней стадии возникновения опасной ситуации.
В режиме реального времени «On-Line» решаются следующие задачи обеспечения безопасности эксплуатации опасных объектов (Приложение 1):
· мониторинг, накопление и хранение информации о ходе технологических процессов, состоянии системы и действиях оператора;
· расчет и хранение технико-экономических показателей;
· формирование запросов в банк данных на выдачу задаваемой информации;
· формирование и представление информации руководству ОПО в виде графиков, таблиц и диаграмм;
· задание уставок сигнализации и блокировок;
· вывод на экран монитора мнемосхем общего вида и отдельных объектов с индикацией текущих значений технологических параметров и их отклонений от нормы;
· вывод экранов аварийной сигнализации;
· вывод на экран контролируемых данных в виде таблиц;
· диагностика состояния технологического оборудования и технических средств управления безопасностью объектов;
· проверка достоверности информационных каналов многоканальной системы измерения;
· сигнализация и регистрация отказов программно-технологических средств с указанием объекта, времени и вида отказа.
Следует отметить, что введенная в действие организационная структура обеспечения безопасности объектов «Газпром нефтехим Салават» успешно эксплуатируется с 2009 г. по настоящее время.
Рисунок 28 ‒ Структура организационного обеспечения безопасной эксплуатации ОПО нефтехим Салават» и химический завод» на основе
аппаратно-программного комплекса оперативного
комплекса
5.2 Результаты опробования и внедрения инновационных
решений при проектировании и эксплуатации опасных
производственных объектов нефтегазового комплекса
При реализации новой технологии использовались программный комплекс «САПР-Безопасность» и программный комплекс «СКАН -06» в составе аппаратно-программного комплекса «АРМ-Мониторинг» [43, 126].
Функциональная схема типовой технологической установки с идентификацией ОПО и технологических трубопроводов представлена на рисунке 29. Буквами на рисунке обозначено следующее: а ‒ полугудрон; б ‒ промывочная жидкость; в ‒ легкий (тяжелый) вакуумный газойл; г ‒ внешний растворитель; д ‒ промывочная жидкость; е ‒ тяжелый остаток; и ‒ легкий крекинг-газойл; к ‒ продукт смещения установки; л ‒ водяной пар; о ‒ газ; п ‒ газойл; с ‒ дренаж жидких углеводородов; т ‒ жидкое топливо из сети завода; ф ‒ топливный газ из сети завода. При этом наиболее вероятными местами возникновения аварийных ситуаций являются технологические трубопроводы.
Там же приведено ранжирование опасностей технологической установки по категориям согласно данным корреляционного анализа и количественной оценки поражающих факторов согласно алгоритмам расчета синергетического риска.
Возможные сценарии развития аварийных ситуаций на основе разработки нестационарных моделей «дерева событий» с учетом нестационарности технологических процессов и технологических трубопроводов представлены на рисунках 30 ‒ 44. Приведены рассчитанные «САПР-Безопасность» радиусы поражения при развитии сценариев аварийных ситуаций [87, 89, 141].
Разработанные планы безопасного расположения основного технологического оборудования, технологических трубопроводов и персонала по данным синергетического анализа и сценариев развития опасных ситуаций представлены на рисунках 45 ‒ 50.
1 ‒ модуль предварительного нагрева сырья (Qв = 8,8 т, R1 = 2,66 м);
2 ‒ реакционная секция сырья (Qв = 36,04 т, R1 = 37,6 м), категория опасности I;
3 ‒ модуль колонны фракционирования сырья (Qв = 33,08 т, R1 = 32,3 м),
категория опасности II;
4 ‒ модуль вакуумный сырья (Qв = 13,22 т, R1 = 5,5 м), категория опасности III;
5 ‒ модуль смешения сырья (Qв = 17,2 т, R1 = 10,2 м), категория опасности III;
6 ‒ модуль подготовки топлива сырья (Qв = 6,25 т, R1 = 1,14 м),
категория опасности III
Рисунок 29 ‒ Функциональная схема типовой потенциально
опасной установки нефтегазового оборудования
с идентификацией потенциально опасных
технологических трубопроводов и объектов
Сценарий № 1
Места скопления опасных продуктов и их количество следующие: гудрон ‒ емкость Е-3101 (3,863 т); крекинг-остаток ‒ сокинг-камера Р-3101 (4,318 т), ректификационная колонна К-3,868 т); мазут – вакуумная колонна К-3,114 т), емкость смешения Е-3401 (4,622 т), емкость Е-3105 (3,355 т).
Местами наиболее вероятного возникновения аварийной ситуации являются технологические трубопроводы.
Возможный сценарий аварийной ситуации:
Разрушение сокинг-камеры поз. Р-3101 с выбросом крекинг-остатка на наружную установку и образованием пролива, образование первичного взрывопожароопасного облака с распространением первичного взрывопожароопасного облака с испарением с поверхности пролива, образование вторичного взрывопожароопасного облака с распространением взрывопожароопасного облака с воспламенением (взрыв), с разрушением оборудования, зданий, сооружений, трубопроводов, поражение производственного персонала ударной волной.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 |
