Анализ аварийных ситуаций на производственных объектах нефтегазовой отрасли показал, что трубчатая нагревательная печь является одним из опасных объектов [7]. 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 [6].
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 [3–5].
Поэтому для подготовки персонала на производстве наиболее эффективно использовать интерактивные современные технологии обучения, в частности виртуальные симуляторы, более того, применение такого рода симуляторов обязательно для большинства промышленных предприятий [1].
Цель данной работы – моделирование аварийной ситуации повышения содержания оксидов азота и углерода в дымовых газах в трубчатой нагревательной печи для закрепления навыков и действий персонала в нештатных ситуациях. Для этого предлагаются решения следующих задач:
– разработка графических элементов тренажера, визуальных подсказок;
– наглядное представление газоанализаторов оксидов углерода и азота в виртуальной среде;
– выявление причин возникновения нештатной ситуации – повышения содержания оксидов азота и углерода в дымовых газах;
– описание методов и способов устранения неполадок, аварийных ситуаций.
Для реализации виртуального тренажера за основу был взят реальный производственный объект – печь подогрева бензольной шихты производства этилбензола, стирола.
Рис. 1. Код аварийной ситуации
Аварийная ситуация согласно технологическому регламенту возникает по двум основным причинам: недостаточная подача воздуха на горелки печи и превышение давления в камерах печи. Так как на мнемосхеме разработанного тренажера присутствуют две печи подогрева, то причина недостаточной подачи воздуха на горелки подразделяется на два фактора: неисправность горелок печи П-011А или П-011B. Что касается превышения давления в камерах печи, то ответственность за эту неисправность лежит на неотрегулированном положении шибера дымовых газов [2]. Выбор той или иной причины возникновения аварийной ситуации основан на использовании функции Random. Листинг кода запуска аварийной ситуации «Повышение содержания оксида углерода или оксидов азота в дымовых газах печей» представлен на рис. 1.
При активации данной аварии запускается «аварийный» таймер, изменяющий показатели содержания оксида углерода или оксидов азота в дымовых газах до критических отметок. Также случайным образом генерируется значение переменной «p2» (0 или 1). Если данной переменной присваивается нулевое значение, то причиной возникшей аварийной ситуации является неотрегулированная дымовая заслонка, причем сразу же генерируется значение степени открытия заслонки в диапазоне от 1 до 25 % и записывается в переменную «value_shiber». Если переменная «p2» принимает единичное значение, причиной аварии является недостаточная подача воздуха на горелки печей. Для того чтобы определить, горелки какой именно печи испытывают нехватку воздуха, используется функция возвращения случайной величины в Visual Basic. Для этого после выполнения условия «p2 = 1» переменной «pgorelki», отвечающей за определение неисправности горелок конкретной печи, присваивается одно из двух значений: 0 или 1. Нулевое значение соответствует неисправности горелок печи П-011А, единичное значение – неисправности горелок печи П-011B.
После генерации программой конкретной причины неисправности значения соответствующих переменных «передаются» на рабочие окна устройств, являющихся потенциальными «виновниками» аварийной ситуации – горелки печи П-011А, горелки печи П-011B, шибер дымовых газов. Внешний вид рабочего окна горелок печи П-011B представлен на рис. 2.
Рис. 2. Интерфейс рабочего окна горелок печи П-011B
Данный интерфейс представлен графической интерпретацией трех горелок печи П-011B и стрелками, изменяющими степень подачи воздуха на каждую горелку (по умолчанию в нормальном режиме это 50 %). В случае, когда данные горелки являются причиной аварийной ситуации, степень подачи воздуха на некоторые горелки снижается до 5 %. С каждым запуском аварийной ситуации это будут разные горелки. Такая случайность достигается с помощью присваивания случайных значений (0 или 1) трем глобальным переменным «g1», «g2», «g3» при нажатии на кнопку запуска аварии (рис. 1). Затем данные переменные при соблюдении необходимых условий используются в коде рабочего окна горелок в выражениях типа «5 + 45*g1». Если «g1 = 0», тогда значение степени подачи воздуха на первую горелку будет равно 5 %. Эти процедуры реализованы для того, чтобы каждый раз при запуске аварийной ситуации, когда причиной является недостаточная подача воздуха, неисправные горелки были разными. После восстановления оператором нормального процента подачи воздуха на горелки «аварийный» таймер отключается, и включается «восстановительный» таймер, приводящий значение содержания оксидов азота и углерода в дымовых газах к нормальным значениям. Код рабочего окна горелок печи П-011B представлен на рис. 3.
Рис. 3. Код рабочего окна горелок печи П-011B
Если причиной аварии является дымовая заслонка печи П-011B, то в рабочем окне степень открытия заслонки будет в диапазоне от 1 до 25 % (по умолчанию 50 %). Следовательно, давление в камерах трубчатой печи будет повышаться. Также необходимо отметить, что возникновение аварийной ситуации возможно и без нажатия на соответствующую кнопку выбора аварийной ситуации из перечня. Оператору достаточно изменить какой-либо параметр (степень подачи воздуха на горелки, положение шибера дымовых газов) до критического значения. После установления степени открытия дымовой заслонки в нормальном диапазоне, «аварийный» таймер отключается и включается «восстановительный» таймер, приводящий значения содержания оксидов азота и углерода в дымовых газах, давления в камерах печи к регламентированным величинам. Код рабочего окна дымовой заслонки представлен на рис. 4 [8].
Рис. 4. Код рабочего окна дымовой заслонки
Аналогичным образом работает рабочее окно горелок печи П-011B. Единственное отличие в количестве горелок, у данной печи их 8.
Тренажер позволяет улучшить мастерство оператора, имитируя работу реальной трубчатой нагревательной печи. Оператор, пользующийся тренажером, должен научиться правильно действовать в условиях повышенной нервозности и опасности. Цель такого алгоритма заключается в том, чтобы развить бдительность у оператора, его рациональную оценку ситуации, правильные и своевременные мероприятия по устранению ошибки [9].
Пример аварийной ситуации с неотрегулированной дымовой заслонкой изображен на рис. 5.
Рис. 5. Аварийная ситуация с неотрегулированной дымовой заслонкой
Выводы
Тренажер аварийных ситуаций – это аттестационная проверка у сотрудника всех его знаний и навыков, полученных в ходе выполнения обучающих программ. Симулятор, в отличие от обучающих программ, имеет следующие особенности:
– отсутствие каких-либо подсказок на графическом интерфейсе;
– аварийная ситуация случайным образом генерируется при каждом запуске симулятора;
– нет права на ошибку.
Тренажер позволяет проверить и отточить мастерство оператора, имитируя работу реальной трубчатой нагревательной печи. Сотрудник, который пользуется тренажером, должен сам обнаружить и устранить причину неполадки. Каждый раз неисправности генерируются случайным образом и могут появиться спустя некоторое время после запуска симулятора. В случае ошибки со стороны оператора симулятор прерывается и выводится информация о текущей сессии. В ней указывается допущенная оператором ошибка, неисправность в запущенной сессии, комментарии по её устранению [8].