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.
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].
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).
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.
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: 21.11.2024).