Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

THE DEVELOPMENT OF THE VIRTUAL SIMULATOR-IMITATOR OF AN EMERGENCY – REDUCING THE PRESSURE OF THE PRODUCT IN THE COIL, THE PRESENCE OF HYDROCARBONS IN THE AIR OF WORKING ZONE TUBE FURNACES

Khafizov A.M. 1 Khusnutdinova I.G. 1 Fomichev S.S. 1 Gaysarov A.R. 1 Davydova K.N. 1 Gilyazetdinova A.M. 1
1 Branch of Ufa State Petroleum Technological University
To enhance the security of oil and gas enterprises through the increase of professionalism of employees, we propose the creation of a virtual simulator-simulator emergency reduction in pressure in tubular coil, the presence of hydrocarbons in the air space near tubular heating furnaces. In the environment of object-oriented programming Visual Basic was simulated emergency situations that occur when the tubular coil burnout due to pressure reduction of the main product, leakage of hydrocarbons and enters them into the working zone of the tubular furnaces. This emergency can cause a fire, human casualties, and failure of the tubular heating furnace, inefficiency even during the day can lead to material damage, estimated tens millions roubles. Staff training on the production of very effective use of interactive modern technology, such as virtual simulators, simulating the work of real tubular heating furnace. The introduction of the simulator at the enterprises will allow to reduce the number of emergencies caused by operators.
tubular heating furnace
virtual simulator
pressure drop
the tubular coil
detonation

Анализ аварийных ситуаций на производственных объектах нефтегазовой отрасли показал, что трубчатая нагревательная печь является одним из опасных объектов [3]. Данные Академии государственной противопожарной службы МЧС России за временной промежуток с 2007 по 2016 гг. показывают, что 11,6 % всех аварий на производственных объектах нефтегазовой отрасли приходится на трубчатые нагревательные печи [2].

Применение виртуальной модели трубчатой нагревательной печи позволяет многократно воспроизводить различные режимы работы, условия, не затрачивая при этом ресурсов настоящего оборудования и не подвергая опасности персонал и печи [7].

Для обучения персонала на предприятиях наиболее эффективно использовать интерактивные современные технологии преподавания, к примеру, виртуальные тренажеры [5], более того, применение данных тренажеров обязательно для большинства промышленных предприятий нефтегазовой отрасли [1].

Цель данной работы – моделирование аварийной ситуации снижения давления продукта в змеевике, появления углеводородов в воздухе рабочей зоны трубчатых нагревательных печей для повышения навыков и отработки действий персонала в нештатных и аварийных ситуациях. Для этого предлагаются решения следующих задач:

– разработка графических элементов тренажера, визуальных подсказок;

– наглядное представление снижения давления в змеевике печи в виртуальной среде, реализации динамического изображения паров углеводородов в воздушном пространстве около трубчатых нагревательных печей;

– выявление причин возникновения нештатной ситуации – снижение давления продукта в змеевике, появления углеводородов в воздухе рабочей зоны трубчатых нагревательных печей;

– описание методов и способов устранения неполадок, аварийных ситуаций [6].

При разработке виртуального симулятора трубчатой печи за основу был взят реальный производственный объект – печь подогрева бензольной шихты производства этилбензола, стирола. При разработке интерфейса тренажера использовались мнемосхемы реальных объектов (трубчатые печи производства углеводородной шихты) для обеспечения достоверности при обучении сотрудников. Интерфейс представляет собой графический экран с набором стандартных элементов, они и являются основными динамическими объектами мнемосхемы обучающего тренажера (клапаны, печи, трубопроводы, показания с виртуальных датчиков) [4]. Также был произведен сбор необходимых данных для реализации виртуальной модели трубчатой нагревательной печи: техническая документация установки, характеристики объекта и оборудования, нормы технологического процесса.

Данная нештатная ситуация похожа на ситуацию с повышением температуры в топочном пространстве при прогаре змеевика, однако сигнализации срабатывают по-другому. Одновременное снижение давления шихты-1 на входе в печи позиций П-011А, В и срабатывание сигнализаторов наличия углеводородов в воздухе рабочей зоны печей может быть вызвано разгерметизацией печей и прогаром змеевиков. В коде данного сценария участвует переменная «progar», определяющая, в какой именно печи произошла неисправность. Также при инициации данной аварийной ситуации вводится переменная «razg», использующаяся другими рабочими окнами программы для инициализации типа предложенной аварии и выполнения в таком случае своих определенных функций. На рис. 1 изображен код запуска аварийной ситуации «Разгерметизация печи», ведущей к снижению давления продукта в змеевике, наличию углеводородов в воздухе рабочей зоны трубчатых нагревательных печей.

pic_98.tif

Рис. 1. Код запуска аварийной ситуации

pic_99.tif

Рис. 2. Код аварийной ситуации

Данный код при запуске присваивает определенным переменным стандартные значения температуры в топках печи («ttc15»,« ttc05» и т.д.), давления шихты на выходе из печей («psh1», «psh2» и т.д.), а также запускает таймер текущей аварийной ситуации, внутренний код которой постепенно изменяет значения некоторых технологических параметров до критических значений, в частности, к этим параметрам относится температура в топке печи, давление нагретой шихты [8]. На рис. 2 представлен код аварийного таймера. Данный таймер практически идентичен таймеру аварийной ситуации повышения температуры в топочном пространстве при прогаре змеевика, однако есть и дополнения.

Отличие кода состоит в том, что в него добавлено условие «razg=1», означающее, что запущена аварийная ситуация по разгерметизации печей. В случае соблюдения данного условия выполняется команда по увеличению значений температуры в топочном пространстве неисправной печи и уменьшению давления шихты из трубчатых печей [9, 10].

Также на панели сигнализаций при текущей аварии срабатывает 3 индикатора: о наличии углеводородов в воздухе, о повышении температуры перевала печи и о понижении давления шихты из печей. Данное срабатывание основано на использовании условий достижения критических значений. Выполнение данных условий с помощью таймеров проверяется каждые 100–200 мс. Код индикации на панели сигнализаций и сами индикаторы изображены на рис. 3.

pic_100.wmf

Рис. 3. Код индикаций и индикаторы сигнализаций

Суть индикаций заключается в том, что при выполнении определенных условий достижения критических значений изменяется цвет текста и самого индикатора с серого на желтый и красный соответственно. То же самое происходит и в обратном порядке, когда причины аварии устранены и все технологические параметры соответствуют нормам.

Ликвидация аварии происходит путем отключения и изоляции блока печей. Необходимо перекрыть подачу шихты, алкилата, топливного газа, активировать отсечные клапаны, подать пар в топочное пространство той печи, в которой произошла утечка продукта. Рабочее окно подачи пара представлено на рис. 4.

pic_101.tif pic_102.tif

Рис. 4. Рабочее окно подачи пара и код рабочего окна

Выводы

Разработанный тренажер способствует обучению работников предприятий нефтегазовой отрасли регламентированному и безопасному обслуживанию трубчатых нагревательных печей. Реализовано несколько сценариев, приводящих к различным нештатным событиям, применимых для производственных ситуаций: запуск печи, остановка печи, поддержание рабочего режима трубчатой печи, обнаружение и устранение неисправностей в работе трубчатой печи согласно регламентированному порядку действий в аналогичных ситуациях.

pic_103.tif

Рис. 5. Аварийная ситуация снижения давления продукта в змеевике, наличия углеводородов в воздухе рабочей зоны трубчатых нагревательных печей

Внедрение тренажера аварийных ситуаций на установках с трубчатыми нагревательными печами позволит проводить аттестационную проверку у сотрудников на предмет их знаний и навыков, полученных в ходе выполнения обучающих программ. Симулятор во время проведения контроля имеет следующие особенности:

– отсутствие каких-либо подсказок на графическом интерфейсе;

– аварийная ситуация случайным образом генерируется при каждом запуске симулятора;

– у обучающегося нет права на ошибку.