Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА-ИМИТАТОРА ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ – СНИЖЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПРОДУКТА В ЗМЕЕВИКЕ, НАЛИЧИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ

Хафизов А.М. 1 Хуснутдинова И.Г. 1 Фомичев С.С. 1 Гайсаров А.Р. 1 Давыдова К.Н. 1 Гилязетдинова А.М. 1
1 Филиал ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Для повышения безопасности нефтяных и газовых производств за счет повышения профессионализма сотрудников предлагается создание виртуального тренажера-имитатора аварийной ситуации снижения давления продукта в змеевике, наличия углеводородов в воздушном пространстве около трубчатых нагревательных печей. В среде объектно ориентированного программирования Visual Basic смоделированы нештатные ситуации, возникающие при прогаре трубчатого змеевика из-за снижения давления основного продукта, при утечке углеводородов и попадании их в рабочую зону трубчатых нагревательных печей. Данные аварийные ситуации впоследствии могут привести к пожару, человеческим жертвам, а неработоспособность трубчатой нагревательной печи даже в течение суток может привести к материальному ущербу, оцениваемому десятками миллионов рублей. Для обучения сотрудников на производстве очень эффективно использовать интерактивные современные технологии, например виртуальные симуляторы, имитирующие работу реальной трубчатой нагревательной печи. Внедрение данного тренажера на предприятиях позволит сократить количество нештатных ситуаций, происходящих по вине операторов.
трубчатая нагревательная печь
виртуальный тренажер
снижение давления
трубчатый змеевик
взрыв
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 // 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.: 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 гг. 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 обучения персонала на предприятиях наиболее эффективно использовать интерактивные современные технологии преподавания, к примеру, виртуальные тренажеры [5], более того, применение данных тренажеров обязательно для большинства промышленных предприятий нефтегазовой отрасли [1].

Цель данной работы – моделирование аварийной ситуации снижения давления продукта в змеевике, появления углеводородов в воздухе рабочей зоны трубчатых нагревательных печей для повышения навыков и отработки действий персонала в нештатных и аварийных ситуациях. Для этого предлагаются решения следующих задач:

– разработка графических элементов тренажера, визуальных подсказок;

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

– выявление причин возникновения нештатной ситуации – снижение давления продукта в змеевике, 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. При разработке интерфейса тренажера использовались мнемосхемы реальных объектов (трубчатые печи производства углеводородной шихты) для обеспечения достоверности при обучении сотрудников. 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 произведен сбор необходимых данных для реализации виртуальной модели трубчатой нагревательной печи: техническая документация установки, характеристики объекта и оборудования, нормы технологического процесса.

Данная нештатная ситуация похожа на ситуацию с повышением температуры в топочном пространстве при прогаре змеевика, однако сигнализации срабатывают по-другому. Одновременное снижение давления шихты-1 на входе в печи позиций П-011А, В и срабатывание сигнализаторов наличия углеводородов в воздухе рабочей зоны печей может быть вызвано разгерметизацией печей и прогаром змеевиков. В коде данного сценария участвует переменная «progar», определяющая, в какой именно печи произошла неисправность. Также при инициации данной аварийной ситуации вводится переменная «razg», использующаяся другими рабочими окнами программы для инициализации типа предложенной аварии и выполнения в таком случае своих определенных функций. На рис. 1 изображен код запуска аварийной ситуации «Разгерметизация печи», ведущей к снижению давления продукта в змеевике, наличию углеводородов в воздухе рабочей зоны трубчатых нагревательных печей.

pic_98.tif

Рис. 1. Код запуска аварийной ситуации

pic_99.tif

Рис. 2. Код аварийной ситуации

Данный код при запуске присваивает определенным переменным стандартные значения температуры в топках печи («ttc15»,« ttc05» и т.д.), давления шихты на выходе из печей («psh1», «psh2» и т.д.), а также запускает таймер текущей аварийной ситуации, внутренний код которой постепенно изменяет значения некоторых технологических параметров до критических значений, в частности, к этим параметрам относится температура в топке печи, давление нагретой шихты [8]. На рис. 2 представлен код аварийного таймера. Данный таймер практически идентичен таймеру аварийной ситуации повышения температуры в топочном пространстве при прогаре змеевика, однако есть и дополнения.

Отличие кода состоит в том, что в него добавлено условие «razg=1», означающее, что запущена аварийная ситуация по разгерметизации печей. В случае соблюдения данного условия выполняется команда по увеличению значений температуры в топочном пространстве неисправной печи и уменьшению давления шихты из трубчатых печей [9, 10].

Также на панели сигнализаций при текущей аварии срабатывает 3 индикатора: о наличии углеводородов в воздухе, о повышении температуры перевала печи и о понижении давления шихты из печей. Данное срабатывание основано на использовании условий достижения критических значений. Выполнение данных условий с помощью таймеров проверяется каждые 100–200 мс. Код индикации на панели сигнализаций и сами индикаторы изображены на рис. 3.

pic_100.wmf

Рис. 3. Код индикаций и индикаторы сигнализаций

Суть индикаций заключается в том, что при выполнении определенных условий достижения критических значений изменяется цвет текста и самого индикатора с серого на желтый и красный соответственно. То же самое происходит и в обратном порядке, когда причины аварии устранены и все технологические параметры соответствуют нормам.

Ликвидация аварии происходит путем отключения и изоляции блока печей. Необходимо перекрыть подачу шихты, алкилата, топливного газа, активировать отсечные клапаны, подать пар в топочное пространство той печи, в которой произошла утечка продукта. Рабочее окно подачи пара представлено на рис. 4.

pic_101.tif pic_102.tif

Рис. 4. Рабочее окно подачи пара и код рабочего окна

Выводы

Разработанный тренажер способствует обучению работников предприятий нефтегазовой отрасли регламентированному и безопасному обслуживанию трубчатых нагревательных печей. Реализовано несколько сценариев, приводящих к различным нештатным событиям, применимых для производственных ситуаций: запуск печи, остановка печи, поддержание рабочего режима трубчатой печи, обнаружение и устранение неисправностей в работе трубчатой печи согласно регламентированному порядку действий в аналогичных ситуациях.

pic_103.tif

Рис. 5. Аварийная ситуация снижения давления продукта в змеевике, наличия углеводородов в воздухе рабочей зоны трубчатых нагревательных печей

Внедрение тренажера аварийных ситуаций на установках с трубчатыми нагревательными печами позволит проводить аттестационную проверку у сотрудников на предмет их знаний и навыков, полученных в ходе выполнения обучающих программ. Симулятор во время проведения контроля имеет следующие особенности:

– отсутствие каких-либо подсказок на графическом интерфейсе;

– аварийная ситуация случайным образом генерируется при каждом запуске симулятора;

– у обучающегося нет права на ошибку.


Библиографическая ссылка

Хафизов А.М., Хуснутдинова И.Г., Фомичев С.С., Гайсаров А.Р., Давыдова К.Н., Гилязетдинова А.М. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА-ИМИТАТОРА ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ – СНИЖЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПРОДУКТА В ЗМЕЕВИКЕ, НАЛИЧИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 12-1. – С. 87-91;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=36481 (дата обращения: 21.05.2019).

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 = 1.252