Введение к работе
Актуальность проблемы. Все технологические процессы в нефтегазовой промышленности относятся к категории опасных производственных процессов. Эти процессы характеризуются тем, что на технологических объектах, входящих в их состав, могут возникать аварийные ситуации, способные привести к опасным последствиям: нанести вред производственному персоналу, населению и окружающей среде; привести к разрушению технологического оборудования; серьезным экономическим потерям и т.п. Значительная часть технических систем, предназначенных для защиты от опасных последствий, входит в состав автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). Они осуществляют функцию защиты технологических объектов и образуют систему безопасности (СБ) в составе АСУ ТП.
В соответствии с данными Ростехнадзора только в 2012 г. в Российской Федерации на опасных производственных объектах нефтегазовой промышленности произошло 18 аварий. Ущерб от одной аварии может составлять от десятков тысяч до нескольких миллионов долларов.
Анализ статистических данных по аварийности на этих объектах, приведённый в справочнике Фёдорова Ю.Н. по проектированию АСУ ТП, показал, что более 59% аварийных ситуаций возникают из-за ошибок в техническом задании и проектировании систем, обеспечивающих безопасность технологических процессов.
Таким образом, актуальной проблемой является повышение уровня защищенности опасных технологических объектов за счет улучшения качества проектирования СБ.
Цель настоящей диссертации заключается в разработке математических моделей для определения показателей безопасности, характеризующих уровень защищённости технологических процессов, и алгоритма их использования на стадии проектирования СБ.
Для достижения цели решаются следующие задачи:
Разработка алгоритма проведения анализа и декомпозиции технологического процесса с целью определения частоты возникновения аварийных ситуаций;
Разработка и обоснование системы количественных показателей, характеризующей уровень защищенности технологических объектов;
Разработка математических моделей распределенной системы управления (РСУ) и системы противоаварийной защиты (ПАЗ), входящих в состав СБ;
Разработка алгоритма и программы применения предложенных моделей на стадии проектирования СБ, обеспечивающей приемлемую частоту возникновения аварийных ситуаций.
Научная новизна.
-
Впервые предложена система количественных показателей, которая включает в себя показатели безопасности, рекомендованные стандартами ГОСТ Р МЭК 61508, ГОСТ Р МЭК 61511, и показатели влияния ПАЗ на работу технологических объектов в составе процессов переработки газоконденсата.
-
Разработаны оригинальные математические модели по расчету предложенной системы показателей, учитывающие конечный период эксплуатации ПАЗ с типовыми архитектурами своих подсистем и особенности проведения контрольно-восстановительных работ.
-
Предложен алгоритм использования разработанных математических моделей при проектировании СБ, обеспечивающей приемлемую частоту возникновения аварийных ситуаций на объектах переработки газоконденсата.
Защищаемые положения.
Предложена система количественных показателей, позволяющая оценить уровень защищённости технологического процесса и включающая в себя стандартные показатели безопасности и показатели влияния системы противоаварийной защиты на функционирование технологического процесса.
Разработанные математические модели системы противоаварийной
защиты, учитывающие особенности её функционирования при обслуживании технологических процессов, позволяют рассчитать предложенную систему показателей.
Алгоритм и вычислительная программа применения разработанных моделей при проектировании СБ позволяют обеспечить приемлемую частоту возникновения аварийных ситуаций для процессов переработки газоконденсата.
Практическая значимость.
Проведённые в диссертации исследования указывают на то, что определяющим фактором при проектировании СБ является использование таблицы классификации рисков для оценки уровня защищённости технологического процесса.
Предложенные автором вычислительные программы, основанные на использовании разработанных математических моделей, позволяют автоматизировать процесс проектирования системы безопасности и, как следствие, существенно повысить качество проектирования такого рода систем. Эти программы позволяют также сформировать научно-обоснованные рекомендации по выбору периода проведения контрольно-восстановительных работ этих систем, непосредственно влияющих на показатели безопасности технологических объектов, и приняты к использованию при разработке СБ предприятием 000«РусГазАвтоматика» - одной из проектных организаций по созданию автоматизированных систем управления в нефтегазовой отрасли.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались автором на следующих конференциях и семинарах: международной научно-практической конференции «Контроль и автоматизация технологических процессов нефтегазовой отрасли», Москва, 2010 г.; девятой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», Москва, 2011г.; международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях топливно-энергетического
комплекса», Москва, 2011; IX Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», Москва, 2012; международной молодежной конференции «Микроэлектронные информационно-управляющие системы и комплексы», Воронеж, 2012; международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность и охрана труда», Москва, 2012; семинаре ОАО Газпром «Обеспечение безопасности на производстве», Московская область, 2012; Всероссийской научно-практической интернет-конференции «Проблемы автоматизации технологических процессов добычи, транспорта и переработки нефти и газа», Уфа, 2013; семинаре ОАО Газпром «Современные решения в области АСУ ТП», Московская область, 2013.
Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации опубликованы в 15 статьях, в их числе 10 статей в изданиях перечня ВАК РФ.
Объём и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Диссертация содержит 165 страниц, 26 рисунков, 26 таблиц, список литературы из 122 названий.
Автор благодарит за научные консультации к.т.н. Шевцова В.А. и д.ф.-м.н. Карманова А.В., а также весь коллектив кафедры АТП за проявленные интерес и обсуждение основных аспектов диссертационной работы. Особую благодарность автор выражает д.т.н. Браго Е.Н. и к.т.н. Попадько В.Е. за советы и методические рекомендации.
