Противоаварийная устойчивость

 технологических процессов и производств

2.1.Принципы и критерии противоаварийной

устойчивости

 

Основной задачей противоаварийной устойчивости технологических процессов и производств является недопущение аварий, а также сохранение возможности выполнять заданные функции, если аварии происходят.

Противоаварийная устойчивость технологических процессов и производств в основном обеспечивается реализацией следующих мер и принципов:

1. Выбором наименее опасных технологий.

2. Высоким качеством и всесторонней обоснованностью проектов опасных технологических установок (ОТУ) и производства в целом.

3. Высоким качеством изготовления, монтажа, профилактического обслуживания и ремонта технологических установок и оборудования.

4. Применением надежных средств предотвращения перехода технологических установок и оборудования в критический режим работы, предшествующий аварии, и ограничения последствий аварий.

5. Квалифицированной эксплуатацией технологических процессов и производств в соответствии с нормативно-технической документацией и инструкциями.

6. Принятием мер по защите технологических установок, производственных систем и оборудования от внешних воздействий и ситуаций, связанных с «человеческим фактором» (низким уровнем квалификации, безответственностью, ошибками производственного персонала, терроризмом).

7. Поддержанием безотказности оборудования и систем, препятствующих возникновению и развитию аварий.

8. Созданием многоэшелонной защиты от опасных последствий аварий.

Основное требование противоаварийной устойчивости – исключение катастрофических повреждений объекта реализуется созданием последовательных противоаварийных барьеров.

Задачей первого из них является предотвращение аварий, т.е. эксплуатация объекта в пределах, исключающих возможность их возникновения. Решение этой задачи достигается отработанностью проектов, высоким качеством изготовления технологических установок и оборудования, их надежностью, высокой квалификацией обслуживающего персонала.

Задачей второго барьера является предотвращение развития проектных аварий на ранней стадии их возникновения, что обеспечивается противоаварийными системами.

Задача третьего барьера состоит в предотвращении и защите от маловероятных, труднопредсказуемых аварий и ограничении их последствий. Такие аварии, как правило, являются следствием многократных отказов и множественных ошибок производственного персонала. Решение задачи достигается приданием опасному оборудованию  свойства самозащищенности, использованием принципов резервирования, разнообразия, физического разделения и независимости.

2.2. Предотвращение аварий технологических процессов и производств

 

Предотвращение аварий технологических процессов и производств достигается реализацией четкой программы противоаварийных мер, эффективность которых обеспечивается надежностью оборудования, определенной логикой и структурой систем безопасности, эксплуатацией, включающей меры профилактики и проверки работоспособности систем, важных для предотвращения аварий.

Для реализации требований по предотвращению аварий необходимо установить набор проектных пределов и пределов безаварийной эксплуатации.

Под проектными пределами понимаются количественные значения параметров и характеристик состояния оборудования, установленные для нормальной эксплуатации, для нарушений нормальной эксплуатации и для соответствующих исходных событий, учитываемых проектами.

Пределы безаварийной эксплуатации – значения параметров и характеристик, отклонение от которых может привести к аварии.

В случае достижения одним или несколькими параметрами пределов безаварийной эксплуатации и превышении их должны быть приняты меры по ограничению дальнейшего развития аварийного процесса. Технологическая установка или оборудование должны быть при этом переведены в одно из состояний нормальной эксплуатации, включая, если это необходимо, остановку.

Выбор и назначение пределов эксплуатационных параметров должны производиться с учетом ресурсных и прочностных характеристик технологической установки или оборудования. При этом достижение параметрами предельных значений не должно приводить к нарушениям безаварийной эксплуатации, а установленные пределы должны быть достаточными для обеспечения нормального протекания переходных режимов, не должны ухудшать технические характеристики установок и оборудования, приводить к ложным автоматическим срабатываниям и включениям систем предупреждения и предотвращения аварий.

Конкретные значения пределов определяются, например, для следующих эксплуатационных параметров:

–  температуры технологической установки или рабочей среды в ней;

–  давления;

–  мощности;

–  скорости изменения тех или иных рабочих параметров;

–  уровня и расхода рабочей среды;

–  числа оборотов;

–  вибрации;

–  перегрузки;

–  напряжения питания;

–  уровня загрязнения окружающей среды или рабочего пространства вредными веществами, используемыми или получаемыми в процессе работы.

Важная роль в решении рассматриваемой задачи принадлежит системам предупреждения и предотвращения аварий. Их назначение – полное предотвращение аварии или предотвращение ее развития. Сигналы аварийной остановки технологических установок и оборудования выбирают, исходя из анализа возможных аварийных ситуаций, их развития и последствий. В зависимости от типа установки или оборудования, конкретных условий их эксплуатации перечень аварийных сигналов может быть различным. Это может быть, например, предварительная сигнализация, позволяющая персоналу и системам управления предотвратить неблагоприятное развитие того или иного аварийного процесса, сигналы на срабатывание противоаварийных систем и т.п.

В процессе эксплуатации безаварийная работа опасных технологических установок определяется надежностью и эффективностью систем и оборудования, качеством управления ими, поддержанием установок в приемлемом техническом состоянии. При анализе состояний технологических установок и оборудования используют понятия техническое и работоспособное состояние.

Техническое состояние определяется совокупностью признаков или условий, устанавливающих соотношения между текущими значениями параметров и характеристик состояния оборудования и систем технологической установки и проектными пределами, соблюдение которых является необходимым для безаварийной эксплуатации. Показатели технического состояния предназначены для характеристики оборудования и систем как изделий промышленно-технического назначения, обладающих определенными техническими характеристиками. Значения показателей (параметров) служат для проведения анализа их с установленными в конструкторской документации.

Работоспособное состояние – состояние технологической установки или оборудования, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

При анализе состояния установки или оборудования могут учитываться следующие факторы:

– отсутствие механических и коррозионных повреждений;

– отсутствие посторонних шумов, стуков и вибраций при работе;

– соответствие величин контролируемых параметров и характеристик допустимым значениям (давление, температура, обороты, расход, сопротивление изоляции, износы, зазоры, глубина повреждений и т.д.);

– прочность и другие параметры, получаемые при различных видах испытаний (механических, гидравлических, пневматических и т.п.). Контроль технического состояния и работоспособности опасных технологических установок и оборудования должен проводиться постоянно во время их эксплуатации по фактическому состоянию.

В качестве примера можно назвать следующие методы контроля:

Технологический контроль:

- техническое обслуживание;

- параметрический контроль;

- проверки на функционирование;

- теплотехнические проверки;

- регламентные проверки;

- контроль характеристик наименее надежных и наиболее важных с точки зрения предотвращения аварий видов оборудования и систем;

- гидравлические испытания;

- контроль герметичности;

- контроль характеристик рабочих сред, используемых в установках.

Диагностический контроль:

- визуальный контроль;

- виброакустический контроль;

- акустическая шумовая диагностика;

- коррозионный контроль;

- неразрушающий контроль металла:

- рентгеновский и гамма-контроль;

- ультразвуковой контроль;

- акустоэмиссионный контроль;

- цветная дефектоскопия;

- сравнение с эталонами и образцами.

 

2.3.Устойчивость к ошибкам производственного персонала

 

Как показывает статистика аварийности и травматизма одной из основных причин их возникновения является человек.

Человек осуществляет контроль за технологическими процессами и производствами, предотвращает опасные отклонения от нормального хода процесса, в процессе эксплуатации проводит проверки работоспособности ПАС (противоаварийнаяых система) и при необходимости восстанавливает отказавшие элементы и каналы, выполняет корректирующие действия при непредвиденном пути развития аварии. При этом действия его должны базироваться на глубоком понимании технологических процессов и производств при их нормальном функционировании и при аварии, точном соблюдении технологического регламента и инструкций по эксплуатации как производственного объекта, так и ее ПАС, т.е. на высокой технической и технологической культуре, не создающей предпосылок для аварий.

Важным направлением повышения эффективности действий производственного персонала является организация его информационной поддержки.

При проектировании систем контроля и ПАС информация, которую получает оператор при авариях, должна быть оптимизирована. Она должна быть минимально необходима для оценки сложившихся ситуаций и не приводить к стрессовым состояниям обилием сигналов.

В настоящее время используется система, в которой на дисплей выводится по требованию любой параметр, а также сигнал о приближении к аварийной границе или о превышении ее. Разрабатываются для оказания помощи оператору диагностические системы, снабжающие его информацией о причинах нарушений в работе производственного объекта, текущем состоянии технологического процесса и возможном его изменении, дающие рекомендации по необходимым корректирующим действиям. Подобные системы в значительной мере решают проблему оперативной обработки большого количества информации при аварии.

Основными функциями диагностических оперативных систем являются:

- определение причин нарушений в работе производственного объекта, предсказание возможных путей их развития и выдача рекомендаций по действиям оператору;

- обеспечение оператора сигнальной информацией в доступной форме, особенно важной во время аварий.

Большой интерес представляют системы диагностики и управления, ориентированные на состояние производственного объекта. С привлечением логического анализа отбрасывается ненужная информация, ограничивается число рассматриваемых состояний. Результирующее аварийное сообщение с мнемосхемой выдается на диагностический дисплей на основе анализа аварийных сигналов. Параллельно на цветной дисплей выдается детальная информация, представляемая в виде графика, диаграммы, схемы.

Подобные системы обеспечивают увеличение скорости и точности обнаружения и локализации возникшей неисправности, значительно сокращая количество выдаваемой при аварии информации.

Распределение обязанностей между человеком и машиной преследует цель освободить персонал (операторов) от рутинной работы, а также помочь ему в управлении сложными ситуациями.

Практический опыт свидетельствует о том, что сложной ситуацией легче и надежнее управляет автоматическая система, поскольку проектировщики этой системы имеют возможность всесторонне рассмотреть все варианты протекания процесса, не испытывая дефицита времени, в отличие от оператора в условиях реальной ситуации. В то же время автоматическая система должна представлять информацию оператору, показывая ему состояние технологической установки и реакцию на его действие, что позволяет оператору в случае необходимости (отказе автоматической системы) включить ПАС вручную.

С внедрением автоматизированных систем человек не оказался исключенным из сферы управления. Он избавлен от многих тяжелых и утомительных функций, но вместе с тем за ним осталась главная функция - принимать наиболее важные, ключевые решения на основе данных, подготовленных этими системами. Кроме того, в обязанности человека входит выполнение функций общего контроля системы и принятие на себя управления в критические моменты.

В реальных условиях в большинстве систем независимо от степени их автоматизации требуется в той или иной мере участие человека. В этой связи оценка надежности системы без учета надежности работы человека будет неполной и не может дать истинной картины.

Надежность работы человека обычно определяется как свойство успешного выполнения им поставленной задачи на заданном этапе функционирования системы в течение заданного интервала времени при определенных требованиях к продолжительности выполнения работы. Основным препятствием для успешного выполнения человеком поставленной задачи являются ошибки, которые он может совершать в процессе работы.

Ошибки возникают независимо от уровня подготовки, квалификации, опыта и могут следовать с различной частотой, иметь различные последствия. Под ошибками понимается непреднамеренное неправильное действие человека (оператора, производственного персонала) в процессе выполнения им своих обязанностей или пропуск действий, определяемых эксплуатационными инструкциями. В сложных условиях характерны ошибки невмешательства, т.е. случаи, когда человек не подготовлен к проявлению инициативы.

Человек и машина имеют свои достоинства и недостатки, основные из которых приведены в табл. 1. Эти достоинства и недостатки должны учитываться при построении и эксплуатации автоматизированных систем.

Таблица 1