Вернуться к списку публикаций 
УДК 622.5
СИСТЕМА ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ НЕДОПУСТИМЫХ ТЕХНОГЕННЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ РАБОТЕ ХИМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Акусов В.В., Локтионова А.А., Топоров А.А.
(ДонНТУ, Донецк, Украина)
В статье рассмотрены предложена система оценки техногенной безопасности объектов с учетом изменения их состояния.
Предприятия химической промышленности, сконцентрировав в себе большие запасы различных видов энергии, вредных веществ и материалов, стали постоянным источником серьезной техногенной опасности, а также возникновения аварийных ситуаций из-за старения основных фондов.
В технологических объектах, как правило, создают условия, которые значительно отличаются от условий окружающей среды (давления, температуры, концентрации веществ, действующих нагрузок, напряжений и т.п.). Неравновесное состояние или наличие разности потенциальных величин внутри и снаружи объекта, делает технологический объект в той или иной степени потенциально опасным. При возникновении цепочки отказов элементов оборудования растет вероятность неконтролируемого высвобождения накопленного потенциала, что может привести к возникновению техногенно опасных ситуаций и аварий [1].
Технические объекты взаимодействуют между собой, как в нормальном режиме работы, так и в аварийном. При возникновении аварийной ситуации на одном объекте другие могут попадать в зону выброса большого количества энергии (тепловой - световое и тепловое излучение, механической - энергия взрыва, химической - выброс химически активных веществ). При этом наносится не только вред соседнему оборудованию, но и может произойти, что объект станет новым источником – возникает эффект «домино».
Один из вариантов решения задачи является создание системы зонирования территории цеха (участка, предприятия) по степени опасности с последующим анализом полученных результатов и принятием мер.
Для этого необходимо исследовать взаимовлияния технологического оборудования, исследовать влияние оборудования на человека, разработать мероприятия по уменьшению опасных техногенных воздействий на человека, оборудование, окружающую среду.
Одной из таких задач является разработка обобщенного показателя уровня опасности объекта, который бы учитывал различные параметры для разнотипных объектов.
Комплексный показатель состояния должен включать в себя несколько критериев:
К1- критерий зависящий от потенциала объекта, например, накопленная энергия (химическая, потенциальная, кинетическая, тепловая).
К2- критерий состояния, учитывающий степень деградации объекта. В качестве такого критерия может выступать критерий посчитанный методом «Паук-ЦИС», информационная энтропия, коэффициент запаса прочности объекта и др.
К3- критерий сопротивления опасности, учитывающий степень оснащенности объекта средствами защиты и предотвращения возникновению опасности. Это такие средства как предохранительные клапаны, мембраны, термопредохранители, отключение электропитания, возможность ввода ингибиторов, предохранительные кожухи, различные перегородки.
К4- критерий, учитывающий тяжесть последствий при возникновении аварии. Этот критерий учитывает количество людей находящихся в потенциально опасной зоне, экологический и экономический ущерб.
При разработке системы предупреждения аварийных ситуаций необходимо учитывать, что при эксплуатации любой технической системы происходит взаимодействие ее элементов между собой, а также с рабочей и окружающей средой, которое приводит к изменению свойств элементов системы в следствии процессов, таких как химических - коррозия, механических - износ, физических – микротрещины, изменение структуры. Это приводит к изменению геометрических параметров элементов, таких как форма, размеры, шероховатость; физико-механические и химические свойства, например, электропроводность, прочность.
Изменение геометрических параметров важно учитывать для несущих элементов системы, сопрягаемых поверхностей элементов, а так же для элементов непосредственно взаимодействующих с рабочей и окружающей средой. Так, например, для несущих силовых конструкций изменение формы приводит к изменению напряженно-деформированого состояния, для быстровращающихся масс (роторы, турбины) приводит к возникновению дебаланса, что в свою очередь вызывает вибрации. Для поверхностей, обеспечивающих уплотнение, изменение свойств приводит к разгерметизации, утечкам, выбросам, потерям веществ. Что в конечном итоге может привести к техногенным авариям, масштабным выбросам в окружающую среду.
Т. о. в процессе эксплуатации всей системы изменяются ее первоначальные свойства. В результате в каждый момент времени параметры и свойства системы отличаются, и порой значительно, от свойств первоначальной системы.
Возникает необходимость прогнозировать состояние объекта в заданные моменты времени при заданных условиях эксплуатации, для разработки рекомендаций по эксплуатации объекта с учетом изменения его состояния, мероприятий по предотвращению негативных изменений, создания ремонтных графиков.
Наиболее приемлемым методом для решения проблемы является системный подход, когда не только технический объект рассматривается как система, состоящая из элементов, обладающая внутренними и внешними связями, но целый участок, цех [2].
Для каждого элемента и связи определяются значимые факторы и свойства. Изменение свойств элементов приводит к изменению свойств всей системы, поэтому необходимо выявить изменяемые величины, а так же модели их изменения. Это решается методами диагностирования и измерения. Необходимо выбрать критерии состояния, как для элементов, так и для всей системы в целом, учитывая, что у системы есть свойства, которых нет у элементов.
Реализовать такую модель возможно только с применением ЭВМ, так как в ручном режиме затруднительно и не целесообразно работать с большим объемом информации.
Для ряда параметров их изменения контролируются с определенным промежутком времени и записываются в базу данных средствами диагностирования. Для других возможно исследование математической зависимости изменения состояния параметров, при этом измерения необходимо проводить только для сравнения реальных данных с математическими и при необходимости корректировать математическую модель при помощи поправочных коэффициентов.
Реализация поставленной задачи – разработки методики расчета процесса изменения состояния, выполнена в системе «клиент-сервер» с использованием модуля РНР, для обработки данных измерения, My SQL – для хранения накопленной информации об объекте и браузера для отображения полученных результатов на экране у пользователя.
Все данные об объектах цеха, участка, завода: форма объекта, размеры, мощность, производительность, координаты месторасположения объекта в цехе, данные о перерабатываемой среде хранятся в базе данных.
Помимо подсистемы накопления информации программа позволяет структурировать объект, т.е. строить дерево иерархии технологического оборудования – подчиненность элементов в сборочной единице, используя информацию хранящуюся в базе данных(рис.1).
Реализована также подсистема расчета уровня изменения состояния каждого элемента, связи, узла и объекта в целом. При этом для оценки уровня изменения состояния всей системы на осях откладываются уровень состояния каждого элемента.
Рисунок 1- Построение дерева иерархии
Для наглядного отображения изменения состояния технического объекта используется график «Паук ЦИС», в котором по осям откладываются значения изменяемых параметров объекта в процентном соотношении по сравнению с начальным состоянием (рис. 2).
Для сборочной единицы оборудования по осям откладываются площади посчитанные данным методом для деталей входящих в узел (рис.3).
Рисунок 2- Пример построения график «Паук-ЦИС» для детали
Рисунок 3- Пример построения график «Паук-ЦИС» для узла
Используя данные о состоянии объектов и всей системы в целом, динамически формируются карты зонирования (рис.4).
Рисунок 4- Отображение карты
Особенностями разрабатываемой системы являются:
- Наглядность и следовательно простота восприятия информации, т.е облегчение принятия решений по увеличению безопасности.
- Динамическое отображение карт зонирования во времени.
- Возможность изменения при необходимости расположения оборудования (реконструкция на предприятии или поиск наиболее рационального размещения оборудования)
- Возможность учета технического состояния объекта, т.е. степень деградации.
- Учет взаимовлияния оборудования.
- Учет места возникновения аварии и корректировка при этом формы опасных зон.
- Масштабируемость – возможность подключения к системе неограниченное количество пользователей (при этом каждый пользователь имеет свой набор доступных операций).
Т.о. разработанная система позволяет накапливать в базу данных информацию о структуре объекта, историю изменения параметров элементов системы, рассчитывать степень изменения состояния элементов и всей системы с отображением в графическом виде, заложена возможность программой давать практические рекомендации, к примеру, возможная замена материалов, изменение точности сопрягаемых конструкций, замена видов смазочных материалов и т.п.
Система зонирования позволит наглядно показывать зоны повышенной опасности, а следовательно принимать меры по снижению их опасности. В условиях существующего производства знание потенциально опасных зон поможет принятию ряда решений: уменьшение скопления людей в наиболее опасных зонах, установка автоматизированных систем управления, установка дополнительных средств защиты (преград между соседними объектами, защитных клапанов и кожухов), изменение расположения оборудования при реконструкции.
Для новых производств система зонирования позволит создать наиболее безопасную структуру цеха, подобрав наиболее рациональное расположение объектов, с учетом изменения их состояния во времени и накопленного потенциала.
Литература
- Топоров А.А., Парфенюк А.С., Власов Г.А. Оценка техногенной безопасности технологических комплексов / Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Материалы международной научной конференции. В 2-х томах. Донецк, 2006. Т.1. С.220-224.
- Белов П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности – М.: ГНТБ «Безопасность» МИБ СТС. – 1996, 428 с.
Вернуться к списку публикаций
