Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

РЕАЛИЗАЦИЯ ОБУЧАЮЩЕГО И ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО РЕЖИМОВ В ВИРТУАЛЬНОМ ТРЕНАЖЕРЕ НА ПРИМЕРЕ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ – РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ ТРУБЧАТОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

Хафизов А.М. 1 Малышева О.С. 1 Юхин Е.Г. 1 Кошелев Н.А. 1 Гилязетдинов И.Д. 1 Жильников Д.В. 1 Ладик Е.Ю. 1
1 Филиал ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Для повышения безопасности нефтегазовой отрасли за счет повышения профессионализма персонала, предлагается создание виртуального тренажера – имитатора аварийной ситуации снижения давления, расхода продукта в трубопроводе, утечки углеводородов в воздушное пространство трубчатых нагревательных печей. В среде объектно-ориентированного программирования Visual Basic реализованы обучающий и экзаменационный режимы. В обучающем режиме у оператора есть возможность выбрать аварийную ситуацию из перечня и запомнить алгоритм действий при возникновении этой нештатной ситуации. В экзаменационном режиме аварийная ситуация генерируется случайным образом, оператор уже должен обладать знаниями и навыками для устранения ее последствий, также в этом режиме нельзя допускать ни одной ошибки для успешного прохождения экзамена. Это связано с тем, что аварийные ситуации впоследствии могут привести к пожару, взрыву, человеческим жертвам, а неработоспособность трубчатой нагревательной печи даже в течение суток может привести к материальному ущербу, оцениваемому десятками миллионов рублей.
трубчатая нагревательная печь
виртуальный тренажер
снижение давления и расхода
трубопровод
разгерметизация
1. Кошелев Н.А. Разработка иммитатора-тренажера для мониторинга технологических процессов и электрооборудования предприятий нефтегазовой отрасли / Н.А. Кошелев, Е.Г. Юхин, А.М. Хафизов // Тинчуринские чтения: материалы докладов XI Международной молодежной научной конференции / под общ. ред. ректора КГЭУ Э.Ю. Абдуллазянова. В 3 т.; Т. 1. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2016. – С. 27–28.
2. Миронова И.С. Использование интегральных критериев в задачах обеспечения промышленной безопасности [Электронный ресурс] / И.С. Миронова, И.И. Мирсаитов, А.М. Хафизов // Молодежь и наука: сборник материалов VIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых № заказа 7880 / отв. ред. О.А. Краев. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т., 2012.
3. Хафизов А.М. Разработка автоматизированной системы мониторинга технологических процессов и электрооборудования предприятий нефтегазовой отрасли / А.М. Хафизов, М.Г. Баширов, С.С. Фомичев, Р.Р. Аслаев // Тинчуринские чтения: материалы докладов X Международной молодежной научной конференции. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2015. – С. 24–25.
4. Хафизов А.М. Разработка имитатора работы трубчатой печи для повышения безопасности технологического процесса и экономии энергоресурсов / А.М. Хафизов, Е.Г. Юхин, Р.Р. Аслаев // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов: IV Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистров, аспирантов: сборник трудов / отв. за вып. В.В. Вахнина. – Тольятти: Изд-во ТГУ, 2016. – С. 343–346.
5. Хафизов А.М. Разработка системы «улучшенное управление» для оценки технического состояния электрооборудования с применением виртуальных анализаторов для предприятий нефтегазовой отрасли / А.М. Хафизов, Т.Н. Кильсинбаев, Т.И. Хакимов // Тинчуринские чтения: материалы докладов X Международной молодежной научной конференции. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2015. – С. 11–12.
6. Юртаев Д.В. Использование имитатора-тренажера для нештатных ситуаций на установках с трубчатыми печами / Д.В. Юртаев, А.М. Хафизов // Научный альманах. – 2015. – № 7 (9). – С. 850–854.
7. Юртаев Д.В. Перспективы применения имитаторов-тренажеров для нештатных ситуаций на установках с трубчатыми печами / Д.В. Юртаев, А.М. Хафизов // Наука. Технология. Производство-2015: тезисы докладов Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / редкол.: Н.Г. Евдокимова и др. – Уфа: изд-во УГНТУ, 2015. – С. 67–69.
8. Юхин Е.Г. Разработка приложения для диагностики электрооборудования трубчатой печи предприятий нефтегазовой отрасли / Е.Г. Юхин, Н.А. Кошелев, А.М. Хафизов // Тинчуринские чтения: материалы докладов XI Международной молодежной научной конференции / под общ. ред. ректора КГЭУ Э.Ю. Абдуллазянова. В 3 т.; Т. 1. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2016. – С. 49–50.
9. Юхин Е.Г. Разработка промышленного тренажера по аварийным ситуациям трубчатой печи / Е.Г. Юхин, А.М. Хафизов // Интеграция науки и образования в вузах нефтегазового профиля – 2016: материалы Международной научно-методической конференции, посвященной 60-летию филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салавате / редкол.: Н.Г. Евдокимова и др. – Уфа: изд-во УГНТУ, 2016. – С. 140–142.
10. Юхин Е.Г. Разработка тренажера-имитатора аварийных ситуаций трубчатой печи / Е.Г. Юхин, А.М. Хафизов // Проблемы автоматизации технологических процессов добычи, транспорта и переработки нефти и газа: сборник трудов IV Всероссийской заочной научно-практической интернет-конференции / редкол.: А.П. Веревкин и др. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2016. – С. 166–168.

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.

pic_45.tif

Рис. 1. Значения технологических параметров до (справа) и после (слева) аварии

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].

pic_46.tif

Рис. 2. Код аварийной ситуации

pic_47.tif

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).

pic_48.tif pic_49.tif

pic_50.tif

Рис. 4. Выбор режима (слева), модуль аварийных ситуаций в режиме экзамена (справа), документ о результатах экзамена (снизу)

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.

pic_51.tif

pic_52.tif

Рис. 5. Код записи личных данных в отчет (сверху), код записи результатов экзамена в отчет (снизу)

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.


Библиографическая ссылка

Хафизов А.М., Малышева О.С., Юхин Е.Г., Кошелев Н.А., Гилязетдинов И.Д., Жильников Д.В., Ладик Е.Ю. РЕАЛИЗАЦИЯ ОБУЧАЮЩЕГО И ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО РЕЖИМОВ В ВИРТУАЛЬНОМ ТРЕНАЖЕРЕ НА ПРИМЕРЕ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ – РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ ТРУБЧАТОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 12-2. – С. 283-288;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36436 (дата обращения: 01.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074