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 г. показывают, что 11,6 % всех аварий на производственных объектах нефтегазовой отрасли приходится на трубчатые нагревательные печи [2].

Применение виртуальной модели трубчатой нагревательной печи позволяет воспроизвести различные режимы работы, события, не затрачивая при этом ресурсов действующего оборудования и не подвергая опасности сотрудников и печи [7].

Для повышения квалификации сотрудников предприятий эффективно использовать интерактивные современные технологии обучения, в данном случае виртуальные тренажеры [5], более того, применение данных тренажеров обязательно для большинства промышленных предприятий нефтегазовой отрасли [1].

Цель данной работы – моделирование аварийной ситуации разгерметизации трубопроводов, ведущей к снижению давления и расхода продукта, появлению углеводородов в воздухе рабочей зоны трубчатых нагревательных печей. Также предлагается реализация обучающего и экзаменационного режимов в тренажере для повышения навыков и отработки действий персонала в нештатных и аварийных ситуациях. Для этого предлагаются решения следующих задач:

– разработка обучающего и экзаменационного режимов в тренажере;

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

– выявление причин возникновения нештатной ситуации – разгерметизации трубопровода, 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. 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 реализован режим проверки знаний операторов для повышения качества обучения. Произведен сбор необходимых данных для реализации виртуальной модели трубчатой нагревательной печи: техническая документация установки, характеристики объекта и оборудования, нормы технологического процесса.

Данный сценарий имитирует разгерметизацию трубопроводов шихты в районе печи и теплообменника позиции Т-004. В данном случае авария будет выражена не так явно, поэтому от оператора требуется понимание процесса, знание регламента. Единственным индикатором, сработавшим в этой нештатной ситуации, является индикатор о наличии углеводородов в воздухе в рабочей зоне трубчатых нагревательных печей. Кроме того, при разгерметизации снизится давление и расход шихты, что естественно, однако не всегда это приводит к значительному снижению значений вышеперечисленных технологических параметров до критических пределов. Поэтому оператор должен знать примерные стандартные значения расхода и давления шихты и замечать их отклонения. Значения технологических параметров до и после рассматриваемой аварии изображены на рис. 1.

Таким образом, после активации данной аварии выполняется код, отвечающий за снижение расхода, давления шихты, интерпретируя это как разгерметизацию. Также нужно упомянуть тот факт, что утечки в трубопроводе в тренажере смоделированы так, чтобы они происходили в двух разных местах: в районе теплообменника позиции Т-004 или в районе трубчатых нагревательных печей. При этом в случае прорыва (утечки) в районе теплообменника изменится расход в трубопроводах, пропускающих продукт в трубчатые печи, а в случае прорыва (утечки) в районе трубчатых нагревательных печей расход останется без изменений. Это реализовано с помощью переменной «truba», значение которой присваивается случайным образом от 1 до 2. В случае единичного значения прорыв происходит в районе трубчатых печей, в случае значения 2 – в районе теплообменника. На рис. 2 представлен код данной аварийной ситуации [9].

Рис. 2. Код аварийной ситуации

Рис. 3. Аварийная ситуация снижения давления и расхода продукта в трубопроводах, наличия углеводородов в воздухе рабочей зоны трубчатых нагревательных печей

На рис. 2 сверху изображен внутренний код кнопки, отвечающей за запуск описываемой нештатной ситуации. При нажатии переменной «razgt» присваивается значение 1, тем самым давая понять другим функциональным блокам (снизу на рис. 2) с помощью проверки условий, что запущена именно эта авария и в этом случае необходимо выполнять заданные команды [8].

После прохождения режима обучения оператор переходит в экзаменационный режим, предварительно введя свои данные (рис. 4).

Интерфейс в данном режиме практически такой же, как и в обучающем, однако модуль аварийных ситуаций отличается, так как в этом случае авария выбирается программой случайным образом и у оператора нет никаких подсказок о том, что произойдет после нажатия кнопки «Начать» (рис. 4).

После ввода персональных данных при запуске экзаменационного режима тренажер записывает в текстовый документ «Экзамен.txt», находящийся в корневой папке программы, дату входа в режим экзамена и фамилию оператора. Затем после успешного прохождения нескольких аварийных ситуаций в документе под фамилией оператора делаются соответствующие записи. Таким образом, проверяющий может проконтролировать результаты прохождения экзамена. На рис. 4 представлено примерное содержание текстового документа, хранящего записи о прохождении экзаменационного режима.

В экзаменационном режиме проводится проверка результатов обучения операторов на тренажере. Поэтому и было принято решение создать систему отчетности о прохождении обучения по аварийным ситуациям с функцией записи результатов в текстовый файл. Запись в файл происходит в 2 случаях: при вводе данных оператора и при успешном завершении аварийной ситуации [10]. В первом случает при выборе режима экзамена необходимо ввести свои личные данные и нажать кнопку запуска. После этого код данного блока откроет канал записи в файл и добавит необходимую информацию (ФИО, дату прохождения). Код записи в текстовый документ изображен на рис. 5.

Выводы

Разработанный тренажер способствует обучению сотрудников предприятий нефтегазовой отрасли регламентированному и безопасному обслуживанию трубчатых нагревательных печей. Смоделировано множество сценариев, которые ведут к различным нештатным (аварийным) ситуациям, применимым для реальных производственных печей: остановка/запуск печи, поддержание технологического режима трубчатой нагревательной печи, идентификация и ликвидация неисправностей в работе трубчатой печи согласно безопасному порядку действий в данных ситуациях.

В экзаменационном режиме предусмотрена процедура записи всех последовательных действий операторов с целью выявления их ошибочных действий на каждом этапе ликвидации аварийных и нештатных ситуаций. В результате изучения данных отчетов сотрудник очень быстро может определить свои слабые стороны и предпринять меры по устранению пробелов в знаниях.

Внедрение данного тренажера на установках с трубчатыми нагревательными печами позволит проводить аттестационную проверку у персонала на предмет их знаний и навыков, полученных в ходе прохождения обучающих программ с различными аварийными ситуациями. Они генерируются случайным образом при каждом запуске симулятора. У обучающегося нет права на ошибку, даже одна ошибка не позволяет сдать экзамен: т.к. трубчатые печи являются опасными производственными объектами, то ошибки персонала при их эксплуатации могут привести к человеческим жертвам.