Вопросы повышения безопасности эксплуатации газофракционирующей установки с применением системы поддержки принятия решения в аварийных ситуациях

А.В. Чикуров, Д.С. Матвеев, М.Х. Хуснияров
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
г. Уфа

Эффективность управления безопасностью объектов нефтегазовой отрасли тесно связана с наличием продвинутых систем автоматизации [1]. Важным шагом в повышении надежности и безопасности эксплуатируемых объектов стало внедрение систем автоматического управления. Однако эти системы позволяют лишь осуществлять управление процессом и поддерживать параметры процесса в заданных пределах. В настоящее время на большей части опасных производственных объектов принятие решения в аварийной ситуации в значительной степени зависит от оперативности и правильности действий обслуживающего персонала. Как показывает анализ статистики аварийных ситуаций, в 70% случаев причиной аварии стал человеческий фактор [2]. В этой связи в настоящее время нормативно-техническими документами регламентируется необходимость создания и внедрения как более сложных систем управления процессами, так и систем обеспечения безопасности, в рамках которых решаются задачи диагностирования состояния объекта в режиме реального времени и проблемы поддержки принятия решений в аварийных ситуациях [3].

Системы диагностирования должны осуществлять мониторинг технического состояния объекта, выявлять факты неисправного состояния объекта и определять их вид и причины. В свою очередь, система поддержки принятия решений, имея свойства системы диагностирования, призвана выдавать предписания персоналу для предотвращения развития аварийной ситуации.

Современные системы поддержки принятия решений представляют собой интегрированные информационно-аналитические комплексы, включающие в себя следующие компоненты:

- информационный (совокупность ретроспективных данных предметной области);

- аналитический (методы анализа ретроспективной информации);

- прогнозный (функции прогнозирования и моделирования, планирования принятия решений).

Одним из наиболее опасных объектов нефтегазовой отрасли является газофракционирующая установка (ГФУ), которая характеризуется наличием значительных количеств сжиженных газов (фракции пропана, бутана, изобутана), способных при аварийной разгерметизации и выбросе образовывать взрывоопасное паровое облако. Обеспечение возможности оперативного предотвращения развития аварийной ситуации на установке является приоритетной задачей.

Произведя анализ событий, способных инициировать возникновение и развитие аварийных ситуаций можно выделить те, проявление которых приводит к наиболее тяжелым последствиям:

- выброс технологической среды в больших объемах вследствие разгерметизации оборудования или трубопроводов, неисправности арматуры (может привести к пожару и взрыву на аппаратах и трубопроводах, как на самой установке, так и на других, связанных с ней по технологии);

- неконтролируемое повышение давление и температуры в технологических аппаратах (могут привести к разгерметизации и выбросу технологической среды);

- прекращение подачи электроэнергии на установку (приведет к остановке всего насосно-компрессорного оборудования, и как следствие к переполнению емкостей орошения и подъему давления в колоннах и емкостях);

- прекращение подачи воды оборотного водоснабжения (может привести к повышению давления в колоннах и емкостях вследствие прекращения конденсации паров продуктов в конденсаторах-холодильниках);

- отсутствие воздуха для КИПиА (может привести к отказу в работе КИПиА, при этом бесконтрольное изменение значений технологических параметров может привести к переполнению колонн и емкостей, повышению давления и температуры в аппаратах).

Для обеспечения безопасной эксплуатации объекта за счет предотвращения развития аварийных ситуаций предлагается использование системы поддержки принятия решений, основанной на модели технологического процесса, моделях отказов и прогнозирования развития аварий. Для современных систем поддержки принятия решений была разработана обобщенная структура, показанная на рисунке.

Структура системы поддержки принятия решений в аварийной ситуации

Модель технологического процесса предлагается реализовать с помощью специализированного программного обеспечения (например, UniSim Design, Hysys и др.).

Одним из возможных способов реализации модели отказов технологического оборудования и модели прогнозирования развития аварийных ситуаций является применение нейронных сетей. С помощью нейронной сети прогнозируются возможные последствия аварийной ситуации, и путем сопоставления с имеющейся базой данных по отказам и авариям, формируется рекомендация для оперативных действий обслуживающего персонала.

Таким образом, были сформулированы основные принципы построения системы поддержки принятия решений, поставлена задача по практической реализации системы, основным назначением которой является выработка в режиме реального времени алгоритмов предотвращения аварийных ситуаций в случае отказа оборудования на установке ГФУ, с целью повышения безопасности опасного производственного объекта.

Список литературы

1 Веревкин А.П., Кирюшин О.В. Проблемы повышения эффективности управления процессами добычи и переработки нефти и газа. // Территория Нефтегаз, № 5. - 2009. – С. 12 – 15.

2 Venkatasubramanian, V., Rengaswamy, R., Yin, K., & Kavuri, S. N. (2003). A Review of process fault detection and diagnosis – Part I: Quantitative model-based methods. Computers & ChemicalEngineering, 27, 293–311.

Назад к списку