Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА – ИМИТАТОРА ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ – ПОВЫШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ТОПОЧНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРИ ПРОГАРЕ ЗМЕЕВИКА В ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ

Хафизов А.М. 1 Малышева О.С. 1 Сидоров Д.А. 1 Гилязетдинов И.Д. 1 Гайсаров А.Р. 1 Жильников Д.В. 1
1 Филиал ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Для повышения безопасности нефтегазовых производств путем повышения профессионализма операторов, предлагается создание виртуального тренажера – имитатора аварийной ситуации повышения температуры в топочном пространстве при прогаре змеевика в трубчатой печи. В среде объектно-ориентированного программирования Visual Basic смоделирована нештатная ситуация, возникающая при прогаре трубчатого змеевика и утечке углеводородной шихты в топочное пространство. В разделе подсказок представлена теоретическая информация о пожарах в печах, оценка материального ущерба. Для подготовки персонала на производстве наиболее эффективно использовать интерактивные современные технологии обучения, в частности виртуальные симуляторы, имитируя работу реальной печи. Тренажеры помогают обучать операторов правильно действовать в условиях повышенной стрессовой обстановки и опасности. Внедрение данного виртуального тренажера на предприятиях нефтегазовой отрасли позволит снизить риск нештатных ситуаций, уменьшит количество ошибок у операторов, происходящих из-за недостаточной практики.
трубчатая нагревательная печь
виртуальный тренажер
аварийное состояние
прогар трубчатого змеевика
пожар
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 // Материалы докладов XI Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» / 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 // Материалы докладов X Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» – 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 (Тольятти, 12–14 апреля 2016 года): 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 // Материалы докладов X Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» – 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.: Евдокимова Н.Г. 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 // Материалы докладов XI Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» / 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 многократно воспроизводить различные режимы работы, условия, не затрачивая при этом ресурсов настоящего оборудования и не подвергая опасности персонал и печи [7].

Для подготовки персонала на производстве наиболее эффективно использовать интерактивные современные технологии обучения, в частности виртуальные симуляторы [5], более того, применение такого рода симуляторов обязательно для большинства промышленных предприятий [1].

Цель данной работы – моделирование аварийной ситуации повышения температуры в топочном пространстве при прогаре змеевика 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 [6];

– наглядное представление прогара змеевика и пожара в виртуальной среде;

– выявление причин возникновения нештатной ситуации – повышения температуры в топочном пространстве печи при прогаре змеевика;

– описание методов и способов устранения неполадок, аварийных ситуаций.

haf1.tif

Рис. 1. Код аварийной ситуации прогара змеевика трубчатой печи

haf2.tif

Рис. 2. Код аварийной ситуации

Для реализации виртуального тренажера 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 большей наглядности при обучении операторов. Основу интерфейса составляет графический экран с набором элементов, составляющих мнемосхему (клапаны, печи, трубопроводы, показания с виртуальных датчиков) [4]. Также был произведен сбор необходимых данных: техническая документация установки, нормы технологического процесса, характеристики объекта и оборудования.

Повышение температуры в топочном пространстве трубчатой нагревательной печи выше 835 °C согласно технологическому регламенту реального объекта вызвано прогаром трубчатого змеевика и утечкой углеводородной шихты в топочное пространство. Это одна из опаснейших аварийных ситуаций, способная привести к возгоранию нагреваемого продукта и взрыву [8]. В коде аварийной ситуации фигурирует переменная «progar», принимающая значения 0 и 1 (рис. 1). Данная переменная определяет, в какой именно печи прогорела труба змеевика: если значение 0, то прогар в печи П-011А, если значение 1 – прогар в печи П-011B.

В случае возникновения данной аварийной ситуации запускается «аварийный» таймер, увеличивающий значения температуры в топках той печи, в которой произошел прогар (в зависимости от значений переменной «progar»). Код «аварийного» таймера представлен на рис. 2.

haf3.tif

Рис. 3. Рабочие окна регулятора расхода

Для устранения аварийной ситуации и ее последствий необходимо провести ряд мероприятий: прекратить подачу шихты, алкилата, природного газа на горелки печей, подать в топочное пространство печей водяной пар через электрозадвижки. Для того, чтобы прекратить подачу продукта, топлива необходимо открыть рабочее окно соответствующих регуляторов и обнулить значение расхода в задании, после чего значение расхода уменьшится до нуля и подача среды прекратится. На рис. 3 представлено рабочее окно подобного регулятора (до и после прекращения подачи шихты).

haf4.tif

Рис. 4. Рабочее окно отсечного клапана и код его реализации в программе

haf5.tif

Рис. 5. Аварийная ситуация повышения температуры в топочном пространстве при прогаре змеевика в трубчатой печи

Затем необходимо выполнить те же самые действия в отношении других регуляторов расхода и отсечных клапанов. Отсечные клапаны становятся активными для оператора после того, как будет прекращена подача шихты и топливного газа. После этого отсекаются трубопроводы, несущие холодную и горячую шихту в реактор, затем открываются клапаны на трубопроводы с алкилатом, горячей и холодной шихтой, уводящие остатки продукта в блоке печей на факел. Вид отсечных клапанов и их код представлен на рис. 4.

На рис. 4 представлен код запуска рабочего окна отсечного клапана, через который в случае аварии алкилат уходит на факел. В коде используется условие, проверяющее, перекрыта ли подача шихты и топлива, закрыты ли отсечные клапаны на горячую и холодную шихту. Если условие выполняется, то открывается рабочее окно отсечного клапана, в котором становится доступной кнопка, нажатие на которую открывает данную арматуру, присваивая переменной «open1» значение, равное 1. Подобные переменные («open1», «open2», «open3» и т.д.) затем используются в условиях в коде других отсечных клапанов, которые становятся доступными для оператора только после открытия (закрытия) предыдущих.

После перекрытия подачи опасных сред в печи необходимо нажать на соответствующий значок электрозадвижки и подать пар в топочное пространство, после чего при условии правильного порядка действий появится сообщение об успешном устранении неполадок.

После написания кода программы проводится тестирование и отладка, в результате чего найденные ошибки в коде исправляются. Также на данном этапе проверяются всевозможные сценарии взаимодействия пользователя с виртуальным тренажером, чтобы исключить ситуации, когда программа не может найти решения из-за некорректного использования [9, 10].

Пример аварийной ситуации повышения температуры в топочном пространстве при прогаре змеевика в трубчатой печи изображен на рис. 5.

Выводы

Данный тренажер позволяет обучать сотрудников предприятий нефтегазовой отрасли правильному и безопасному обслуживанию трубчатых нагревательных печей. Имеется множество сценариев, приводящих к тем или иным нештатным событиям, применимых для производственных ситуаций: запуск печи, остановка печи, поддержание рабочего режима печи, обнаружение и устранение неисправности в работе печи. Тренажеры помогают обучать операторов правильно действовать в условиях повышенной стрессовой обстановки и опасности. Внедрение данного виртуального тренажера на предприятиях нефтегазовой отрасли позволит снизить риск нештатных ситуаций.


Библиографическая ссылка

Хафизов А.М., Малышева О.С., Сидоров Д.А., Гилязетдинов И.Д., Гайсаров А.Р., Жильников Д.В. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА – ИМИТАТОРА ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ – ПОВЫШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ТОПОЧНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРИ ПРОГАРЕ ЗМЕЕВИКА В ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 11-2. – С. 315-319;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=36407 (дата обращения: 31.05.2020).

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