автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка автоматизированного комплекса взрывопожарозащиты объектов нефтепереработки на примере Московского нефтеперерабатывающего завода

РГи од

- Б ^ 111IV

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВЫСШАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ПОЯАРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА

На правах рукописи

Фёдоров Андрей Владимирович

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА ВЗРЫВОПОЯАРО0АВДТЫ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ НА ПРИМЕРЕ МОСКОВСКОГО НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ЗАВОДА

Специальность: 05.26.01 Охрана труда

и пожарная безопасность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1993

Работа выполнена в Высшей инженерной пожарно-технической школе МВД РФ.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Навацкий Анатолий Андреевич

Официальные оппоненты- член-корреспондент АЕН РФ,

доктор технических наук, профессор Топольский Николай Григорьевич

доктор технических наук, профессор Баратов Анатолий Николаевич

Ведущая организация - Московский нефтеперерабатывающий

завод

Защита состоится " №¿£LÍjbl 1993 г. в i1/- Í-0 часов на заседании специализированного совета Д 052.03.01 в Высшей инженерной пожарно-технической школе МВД РФ по адресу: 129366, Москва, ул. Б.Галушкина, д. 4, ауд. 503.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИПТШ МВД РФ. j ^

Автореферат разослан " U " tS- í flyi. 1993 года, исх. N //Г^ /

Отзйв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направить в ВИПТШ МВД РФ по указанному адресу. Телефон для справок: 283-19-05.

Ученый секретарь специализированного совета Д 052.03.01

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Т.Г. Меркушкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Последнее пятидесятилетие для нефтехимической отрасли характерно коренными изменениями. Доля нефти и газа среди первичных энергоисточников возросла до 70%. Энергонасыщенность современных объектов стала колоссальна- типовой нефтеперерабатывающий завод производительностью 10 - 15 млн.т/год сосредотачивает на своей промышленной территории от 200 до 500 тыс.т углеводородного топлива, энергосодержание которого эквивалентно 2-5 мегатоннам тротила. Постоянно интенсифицируются технологии - такие параметры, как температура, давление, содержание опасных веществ, растут и приближаются к критическим. Растут единичные мощности аппаратов, количества находящихся в них опасных веществ. Номенклатура выпуска нефтеперерабатывающего или нефтехимического завода с передовой технологией, обеспечивающей комплексную переработку сырья, стата состоять из тысяч позиций, причем многие из изготавливаемых продуктов взрывопожароопасны и (или) токсичны.

Перечисленные особенности современных объектов нефтепереработки обусловливают потенциальную опасноснссть их как для соседних промпредприятий, так и для прилегающих жилых микрорайонов, масштаб аварийности и последствий аварий. Экономическая целесообразность кластеризации промышленных предприятий ведет к созданию индустриальных комплексов, в которых находятся узлы энергораспределения, тепло- и газоснабжения, транспортных магистралей и которые, как правило, размещаются в местах проживания населения. Типичный тому пример - Московский нефтеперерабатывающий завод (МНПЗ) расположенный в черте города Москвы. МНПЗ ежегодно перерабатывает около 12 млн.т углеводородного сырья, в производстве задействовано более 40 технологических установок и резервуарный парк, расположенные на территории общей площадью порядка 3-х кв.км. Практическая эксплуатация установок МНПЗ подтверждает потенциальную возможность угрозы взрыва, пожара или аварии.

Ежегодно в мире на нефтеперерабатывающих предприятиях происходит 1500 аварий 42 которых уносят от 150 до 200 человеческих жизней. Велик и материальный ущерб - в среднем свыше 100 млн. долларов в год. Аварийность промышленных предприятий имеет тенденцию к росту. Так в США с 1950 по 1980 г. число аварий в нефтепереработке увеличилось в 3 раза, число человеческих жертв - почти в б раз, материальный ущерб - в 11 раз. Аналогичное положение и в нашей стране. Только за последние три года крупные аварии с взрывами и пожарами произошли на НПЗ в Москве, Ярославле, Красноярске, Уфе. Возрос и их разрушительный эффект.

Таким образом, актуальной как в теоретическом, так и в практическом плане является задача исследования взрыво-пожароопасности промышленной территории нефтеперерабатывающих предприятий (на примере Московского НПЗ) и разработка для таких объектов автоматизированного комплекса взрывопожарозащиты (АК ВПЗ). Под промышленной территорией нефтеперерабатывающего предприятия мы понимаем искусственно ограниченную часть территории в пределах городской застройки или рядом с ней, на которой сосредоточены энергонасыщенные объекты - открытые технологические установки, резервуарные парки, сливо-наливные эстакады, здания и очистные сооружения связанные между собой разветвленной сетью технологических коммуникаций.

Цель исследования. Целью данной диссертационной работы является повышение уровня взрывопожарозащиты объектов нефтепереработки путем экспериментальных и теоретических исследований загазованности воздушной среды промышленной территории МНПЗ при регламентном и аварийном режимах функционирования технологического оборудования и разработка на базе этих исследований исходных данных на проектирование автоматизированного комплекса взрывопожарозащиты.

Научная новизна диссертации состоит в анализе взры-вопожароопасности Московского НПЗ определяющего необходи-

мость и актуальность контроля и защиты промышленной территории нефтеперерабатывающих производств от аварийной загазованности; в полномасштабной экспериментальной оценке загазованности воздушной среды МНПЗ при регламентном режиме работы технологического оборудования; в результатах вычислительных экспериментов и исследовании основных закономерностей динамики полей до- и взрывоопасных концентраций согласно принятому для НПЗ сценарию аварии; в разработке исходных данных на проектирование АК ВИЗ -МНПЗ. общесистемных решений, описаний организационного и технического обеспечений автоматизированного комплекса взрыво-пожарозащиты включающих в -себя функциональную, организационную структуру и структуру комплекса технических средств (КТС) АК ВПЗ -МНПЗ; в разработке алгоритмов и программ математического обеспечения информационно - управляющей подсистемы АК ВИЗ, реализующей функцию прогнозирования развития аварийной загазованности на промтеррито-рии объекта защиты, а также математической модели, алгоритмов и вычислительных программ рационального размещения датчиков газоанализаторов КТС АК ВПЗ на промышленной территории открытых технологических установок НПЗ.

Практическая ценность работы заключается в разработке: 1) на уровне изобретения автоматизированного комплекса взрывопожарозащиты промышленной территории объектов нефтепереработки (Патент N 1788902 А62С 37/10 на устройство КТС АК ВПЗ); 2) карт содержания углеводородного пол-лютанта в воздухе промышленной территории и санитарно-за-щитной зоны МНПЗ; 3) алгоритмов и вычислительных программ рационального размещения датчиков газоанализаторов и схем их расстановки на планах всех потенциально опасных технологических установок Московского НПЗ; 4) исходных данных на проектирование автоматизированного комплекса взрывопожарозащиты МНПЗ; 5) алгоритмов и вычислительных программ для математического обеспечения информационно-управляющей подсистемы АК ВПЗ в области реализации функции прогнозирования аварийной загазованности.

Реализация результатов работы. Внедрены на Московском нефтеперерабатывающем заводе при решении вопросов ох-аны окружающей среды и обеспечения пожарной безопасности ткрытых технологических установок, следующие результаты: арты содержания углеводородного поллютанта в воздухе ромышленной территории и санитарно-защитной зоны МНПЗ; сходные данные на проектирование автоматизированного омплекса взрывопожарозащиты МНПЗ, включающие в себя -бщесистемные решения, описания организационного и техни-еского обеспечений АК ВПЗ, схемы функциональной, органи-ационной структур и структуры комплекса технических редств АК ВПЗ -МНПЗ, алгоритмы и вычислительные програм-ы для математического обеспечения информационно - управ-яющей подсистемы АК ВПЗ -МНПЗ; реализующей функцию прог-озирования развития аварийней загазованности, а также хемы рациональной расстановки датчиков газоанализаторов ТС АК ВПЗ на промышленной территории всех потенциально пасных технологических установок Московского НПЗ.

Научно-технические решения предложенные в диссерта-ии использованы ПО "АНАЛИТПРИБОР" (г.Смоленск) в области азработки перспективной схемно-конструктивной идеологии остроения термохимических газоанализаторов, а также тех-ического задания на опытно-конструкторскую разработку тационарного многоканального термохимического анализато-а нового поколения - СТМ-20.

Апробация работы. Основные результаты и положения иссертаади докладывались в ВИПТШ МВД РФ на научно-техни-еских конференциях "Организация тушения пожаров и ава-ийно-спасательных работ" (1989 г.) и "Совершенствование еятельности органов государственного пожарного надзора" 1990 г.); на конференции "Обеспечение пожарной безопас-ости объектов на стадии проектирования и строительства" Ленинградском доме научно - технической пропаганды 1990 г.); на конференции "Совершенствование системы под-

готовки кадров и проблемы деятельности пожарной охраны" в Алма-Атинском ПТУ (1993 г.), на совместном заседании кафедр пожарной автоматики, автоматизированных систем управления и связи и высшей математики ВИПТШ МВД KD (1993г.); на заседаниях кафедры пожарной автоматики ВИПТШ МВД РФ (1990-1993 V.r.). На защиту выносятся:

результаты оценки уровня опасности промышленной территории объектов нефтепереработки по тротиловому эквиваленту, а также последствий возможной аварии на всех взры-вопожароопасных открытых технологических установках Московского НПЗ;

методика и результаты экспериментальных исследований загазованности промышленной территории и санитарно-защитной зоны МНГ13 при регламентном (нормальном) режиме работы технологического оборудования, а также карты содержания углеводородного поллютанта в воздухе объекта исследования;

результаты моделирования' аварийных ситуаций и прогнозирования основных параметров полей взрывоопасных концентраций для промышленной территории МНПЗ и окружающих жилых микрорайонов;

алгоритмы, вычислительные программы и карты (на примере Московского НПЗ) рационального размещения датчиков газоанализаторов на открытых установках нефтеперерабатывающих производств;

исходные данные на проектирование автоматизированного комплекса взрывопожарозащиты объектов нефтепереработки, его функциональная и организационная структуры, а также структура комплекса технических средств.

Публикации. Основные результаты работы отражены в десяти публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературных источников и приложений. Общий объем работы 230 страниц, в том числе 138 страниц текста, 60 страниц рисунков и

таблиц, 10 страниц списка литературных источников и 22 страницы приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ взрывопожароопаснос-ти промышленной территории объектов нефтепереработки на примере Московского НПЗ, в ходе которого:

Во-первых, выполнен анализ статистических данных о взрывах и пожарах за период 1982-1989 годы на отечественных предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Установлено, что происходил их неуклонный рост (более чем в 2 раза). Причем, количество крупных аварий сопровождавшихся взрывами и пожарами с человеческими жертвами и большим ущербом значительно увеличилось (в 4 раза) именно в последние годы (1987-1990), что свидетельствует о недостаточной эффективности мероприятий, проводимых с целью снижения взрывопожароопасности рассматриваемых производств.

Во-вторых, на основании аналитического обзора отечественных и зарубежных литературных источников, описаний аварий, взрывов и пожаров, имевших место на объектах нефтепереработки и нефтехимии, установлено, что логика событий, как правило, связана с неконтролируемым выбросом горючих сред в атмосферу, загазованностью территории и образованием взрывоопасного облака топливовоздушной смеси (TBC). Локальные зоны взрывоопасных концентраций могут образовываться как при нормальном (регламентном) режиме работы технологического оборудования в случае достаточно длительного истечения из организованных и неорганизованных источников выделения, так и вследствии аварийной разгерметизации (полной или частичной) аппаратов, технологических трубопроводов приводящей к мгновенному выбросу большого количества углеводородного топлива.

В-третьих, выполнен анализ уровня опасности всех открытых технологических установок Московского НПЗ исходя

из расчета энергетического потенциала обращающегося в технологии углеводородного сырья и продуктов его переработки приведенного к тротиловому эквиваленту (WT), в результате которого определены наиболее опасные (по WT) установки промышленной территории МНПЗ: 1) Парк емкостей высокого давления газораздаточной станции (ГРС) - WT -154,8т; 2) Установка каталитического крекинга Г-43-107 -WT = 120,2т; 3) Установка подготовки сырья - WT - 107,7т и 4) Установка ЕЛОУ АВТ-6 - WT - 95,6т. Общее энергосодержание углеводородного топлива единовременно обращающегося в технологических установках и резервуарных парках Московского НТО эквивалентно 2,5 Мт тринитротолуола.

В-четвертых, произведено моделирование возможных последствий аварии (без учета ее цепного механизма) для каждой отдельно взятой технологической установки МНПЗ. включающее в себя расчетную оценку основных классов и границ зон возможного разрушения и травмирования персонала в рамках принятого сценария аварии. Установлено, что при взрыве облаков TBC зоны избыточных давлений выходят далеко за пределы предприятия и могут нанести значительный ущерб как соседним промышленным объектам (ТЭЦ-22; автозаправочная станция (АКГНС); агрофирма "Белая дача "), так и прилегающим жилым микрорайонам (Капотня, Братеево, г.Дзержинский Московской области).

Во второй главе приводится описание экспериментальных исследований загазованности воздушной среды промышленной территории Московского НПЗ при нормальном (регламентном) режиме работы технологического оборудования, необходимость и актуальность которых обусловлена: РАСПОЛОЖЕНИЕМ объекта исследования - МНПЗ расположен на юго-востоке Москвы; НАСЫЩЕННОСТЬЮ источниками выделения - на заводе имеется 299 организованных и неорганизованных источников выброса; ОПАСНОСТЬЮ выбрасываемых веществ - на 90Z это предельные углеводороды обладающие как взрывопожаро-опасными свойствами, так и свойствами вредными для здо-

ровья человека (класс опасности по санитарным нормам -"4"); КОЛИЧЕСТВОМ выбрасываемого загрязнителя - ежесуточно в атмосферу завода выбрасывается более 109 тонн углеводородных примесей.

Проведен аналитический обзор современных методов и приборов анализа газов, на основании которого для экспериментальных исследований был обоснованно выбран, приспособлен для решения поставленных задач и использован лазерный индикатор суммарного содержания предельных углеводородов "ЛИС-2" (МИФИ). Метод измерения концентрации -лазерный абсорбционный газоанализ (ЛАГ).

Разработана методика экспериментальных исследований содержания углеводородного поллютанта в воздухе промышленной территории и санитарно-защитной зоны МНПЗ. В ней отражены: цель и исходные данные для проведения экспериментов, технические параметры и конструктивное исполнение газоанализатора, методика проведения анализа, организация экспериментов и методика обработки экспериментальных данных .

Исследования проводились в два этапа (I этап- октябрь 1990 г, II этап- июнь-июль 1991 г). Всего было проанализировано 1344 пробы воздуха в 224 точках контроля промышленной территории и санитарно-защитной зоны Московского НПЗ. Представительность экспериментальных данных и полигон измерений обеспечивался 3-х кратным анализом проб воздуха в каждой точке контроля.

Согласно предложенной методике, концентрация углеводородного поллютанта Ст (%об.) в контролируемом газоанализатором объеме (объеме одной пробы) определялась по показаниям прибора, из уравнения (1):

1 ДР

Ст = - - , (1)

ас I Р

где Р - мощность потока излучения, прошедшего через газ; ДР •■ разность значений Р измеренных при наличии поглощаю-

щего газа и без него; Ь - длина пути луча в газе; зс - коэффициент поглощения лазерного излучения в чистом газе.

Окончательное среднее значение концентрации из трех измерений в одной контрольной точке вычислялось по формуле (2):

(Ст1 + СТ2 + Стз) М к

- . (2)

з

где Ст - средняя концентрация углеводородного поллютанта в каждой из 224 точек контроля; СТ1, СТ2, Стз - концентрация поллютанта в одной точке в соответствующий экспериментальный день; М - молекулярная масса примеси; к - коэффициент учитывающий утечку пробы из пробоотборника; Уь -молярный объем исследуемой смеси в пробоотборниках при рабочих условиях (учитывает метеоусловия в период проведения экспериментов).

На рис.1 представлено изменение среднего уровня концентрации углеводородного поллютанта в воздухе объекта исследования за период 18 Июня - 01 Июля 1991 г..

В результате компьютерной обработки экспериментальных данных и их графической интерпретации на генеральный план МНГО установлено, что основными источниками выделения углеводородных примесей (экстремумы на рис.1) в пределах промтерритории завода являются очистные сооружения /блок основного нефтеулавливания (БОН), блок доочистки сточных вод (БДСВ), блок очистки стоков ЭЛОУ (БОСЗ)/, установка каталитического крекинга (Г-43-107), свеча для сжигания факельных газов, сливо-наливные эстакады, а в санзоне - Московская кольцевая автодорога (МКАД).

Разработаны карты содержания углеводородного поллютанта в воздухе промышленной территории и санитарно-защитной зоны МНПЗ, правомерность которых, подтверждена расчетами значений концентрации поллютанта в местах отбо-

РРШ

РИС.1. Изменение среднего уровня конпентрации углеводородного поллютанта в воздухе промышленной территории Московского НП5

го

ра проб воздуха согласно "Методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий" Главной геофизической обсерватории (под руководством д.т.н., профессора М.Е.Берлянда). Отклонение экспериментальных значений от расчетных не превышает 27,9%.

Проведенный комплексный анализ результатов экспериментальных исследований (по ЛДК и НКПР) показал, что воздушная среда промышленной территории Московского НПЗ при регламентном (нормальном) режиме работы технологического оборудования не представляет опасности с экологической точки зрения и, следовательно, по взрыву (максимальный предел изменения концентрации углеводородных смесей не превосходит 0,052 НКПР).

В третьей главе произведено моделирование аварийных ситуаций для всех открытых установок МНПЗ (различных размеров, планировкой оборудования и технологией) с целью прогнозирования основных параметров полей взрывоопасных концентраций на промышленной территории объекта исследования и за его пределами.

Проведен анализ основных параметров влияющих на рассеивание примесей в атмосфере, а также анализ наблюдений ближайшей к МНПЗ метеостанции Ленино-Дачное за пятилетний период. Установлено, что степень устойчивости атмосферы препятствующая эффективному рассеиванию примесей и, следовательно, наиболее опасная на период аварии - инверсия и изотермия. Средняя скорость ветра на территории Московского НПЗ составляет 1,59 м/с. а его господствующее направление - юго-западное.

В результате обзора отечественных и зарубежных литературных источников проанализированы состояние вопроса и существующие подходы к определению основных параметров полей концентраций вредных (взрывоопасных и/или токсичных) веществ в атмосфере промышленных предприятий, сфор-

мулированы основные требования к данным моделям с точки зрения возможности и эффективности их применения к объектам нефтепереработки и нефтехимии. Методики,отвечающие данным требованиям,доработаны и реализованы в виде адаптированных алгоритмов и программ расчета полей аварийной загазованности для промтерриторий нефтеперерабатывающих производств.

В сответствии с принятым сценарием аварии и учитывая результаты анализа изменений метеорологических параметров в атмосфере объекта исследования для всех потенциально опасных технологических установок Московского НПЗ подготовлены исходные данные и проведены расчеты по прогнозированию рассеяния облаков TBC для случаев аварийного истечения и крупного выброса нефтепродуктов. На рис.2, в качестве примера, показано изменение основных параметров облака TBC в случае аварийной разгерметизации изобутано-вой колонны К-3 на Газофракционирующей установке МНПЗ.

Для каждой технологической установки (рис.2) исследовалось изменение концентрации взрывоопасных смесей по высоте (C-f(H0f)).ширине (C-f(B0f)).длине фронта (C=f(x)) облака, в пределах граничных концентраций 5-100Z НКПР, поперечных размеров облака в зависимости от расстояния от места аварийного выброса (Bef=f(x)), а также скорость его эффективного переноса (Veff=f(x)). Кроме этого, исследовались геометрические характеристики (горизонтальные срезы) полей в/о концентраций на различных высотах.

Анализ результатов вычислительных экспериментов и их графическая интерпретация на планы технологических установок и генеральный план Московского НПЗ свидетельствует об опасности аварийной загазованности не только для промтерриторий наружных установок, но и для соседних промышленных объектов и ближайших жилых микрорайонов.

На основании исследования закономерностей динамики полей до- и взрывоопасных концентраций установлено.что необходим непрерывный автоматический контроль загазованнос-

Но! м

х, м

Рис.2. Изменение основных параметров облака изобутановоэдуш-ной смеси: 1,2,4 -изменение концентрации взрывоопасных смесей по высоте (С-Г(Нвг)), ширине ((М(Ввг)). длине фронта (ОИх)) облака; 3 -изменение поперечных размеров облака в зависимости от расстояния от места аварийного выброса (Вег-Их)); 5 -изменение скорости эффективного переноса облака (Уегг=Г(х))

Область сигнальных концентраций

ти воздушной срсды открытых установок НПЗ (по всей площади промтерритории установок на высоте 0,5-1м от уровня Земли). Для этого предложено использовать многоканальные стационарные автоматические сигнализаторы типа СТМ-20 оснащенные датчиками с конвекционной подачей анализируемой среды (завод-изготовитель - ПО "АНАЛИТПРИБОР" г.Смоленск). Метод измерения концентрации - термохимический.

Обоснована необходимость разработки автоматизированной системы защиты промтерритории нефтеперерабатывающих объектов от аварийной загазованности на базе сигнализаторов типа СТМ-20 реализующей функции управления устройствами защиты и сигнализации, а также функцию прогнозирования полей до- и взрывоопасных концентраций на основе разработанных алгоритмов и программ.

В четвертой главе по результатам проведенных исследований и используя системный подход к проблеме создания автоматизированного комплекса взрывопожарозащиты объектов нефтепереработки (на примере Московского НПЗ) составлено функциональное описание автоматизированной системы управления технологическим процессом взрывопожарозащиты - АСУ ТП ВПЗ, где определены главная цель создания системы, ее подсистемы, группы основных и вспомогательных функций направленных на достижение поставленной цели, а также перечни задач необходимые для реализации функций соответствующих подсистем.

Представлен понятийный аппарат, основанный на "Единой системе стандартов АСУ" и включающий в себя основные понятия, термины и определения разрабатываемого автоматизированного комплекса взрывопожарозащиты как специфичного вида АСУ ТП.

АСУ ТП взрывопожарозащиты - это система "человек-машина", обеспечивающая эффективное функционирование технологического объекта управления (ТОУ) с целью противовз-рывной и противопожарной защиты открытых установок НПЗ, в

которой сбор и обработка необходимой информации осуществляется с применением средств вычислительной техники.

ТОУ включает в себя оборудование стационарных газоанализаторов довзрывоопасных концентраций, датчики метеорологических параметров и оборудование средств противо-аварийной защиты - паровые и водяные завесы.

Совокупность технологического объекта управления и управляющей им АСУ ТП ВПЗ и составляет автоматизированный комплекс взрывопожарозащиты.

В соответствии с предложенной функциональной структурой АСУ ТП ВПЗ и учитывая действующую организационную систему управления взрывопокарозащитой на Московском НПЗ, разработана схема организационной структуры комплекса и составлено ее описание.

Предложена схема структуры комплекса технических средств (рис.3) и составлено описание технического обеспечения АСУ ТП ВПЗ -МНПЗ. Систему рекомендовано создавать как двухуровневую АСУ с иерархической структурой, реализующей на нижнем уровне управления функции локальной автоматики подсистемы контроля аварийной загазованности, а на верхнем -функции информационно-управляющей подсистемы. Для организации центрального диспетчерского пункта (ЦДЛ) АСУ ТП ВПЗ -МНПЗ (верхний уровень) рекомендовано использовать ППЭВМ типа IBM PC АТ/386/387 (объем оперативной памяти - не менее 4Mb, тип дисплейного адаптера -VGA(SVGA), накопитель на "жестком" магнитном диске - не менее 120МЬ, тактовая частота процессора - не менее 33МГц); в качестве средств локальной автоматики (нижний уровень) - стационарные термохимические многоканальные сигнализаторы СТМ-20; для выдачи информации в абонентские пункты - диспетчерский пункт участка обслуживания и ремонта средств противопожарной автоматики (ДП ППА), объектовую военизированную пожарную часть (ОВПЧ) и военизированный газоспасательный отряд (ВГСО) - видеотерминалы типа ВТА2000-15М с устройствами печати типа СМ-6337.

à) 1 РОИ«»

hlioîtpxiou Koatatciai ayairoi

И НА

erco

омч

•3W

1W PC АШВ4

Haaaaà (аоаааьаи!) rpoim

OnpiTaiao-

Kcnirupcio»

оборцонаа«

huitui ioaa»tic II 1 арогрыаиао - аогачкаого I4UMHI ai (<м CTH-24

Noiyaa иода carai-•oa Яоцгаа •UHIl tarai-aoi Устро«стн аокаяьаого iTnipmin lltOpNIII a jrapuaiaaa

Ttiaoao-ГПК1М OtOPlilO-liait

«»3 pu-

RtUMM

a cami-

UHI ШШГ

aui ao-Httmii

ТОГ виз

Iitiu«, acaoaaa-

ШНЙ

rcipoJc-iii car-

ШШ-

ma iio-latai •

ПС АСУ Il ВЛЭ • piHttl-HW >1

101 I»

linaia ri-luaiaauro poi a MTac poaor. "ipi «»тро»,ср«1 un carai-lataïaa no taïai I (TC I Tiaaoaora 1KIH ой-prioiaaai Ш рм*ч. ai 0813

Hacrao«

Btarpmaui lltutllf

ЙНПЗ

ЙОЩКЬКЫа 10« «porpixao - a lipnwiii ai MIC N t >rii»cioro ni CTH-20

Нодуаа ИОЛ carai- Л01 Hoiiraa IUIOI1 cafai-)ll Устр0>ст|| аомаьаого ITDlpnilM aatopuaiaa a rnpuniaaa

Ttmoao-rrniioi oioprjoli»! КПЗ pil-«iiatMoi i [»11-ааьио laiinia-aai no-«cittiai ТОГ ВЛЗ

lirtaia, acaoaaa-tiiiiin rcrpoic-tii car-ainati-lia »io-latai i ПС АСУ TU 6RЭ a paiafll-•aui ai Ш 163

iiT4i>a ri-loiaïaaiiro poi a mtio

poaor. aipi «npoi.cpu tltl carai-aaiiiaa ко nui i (1С a ткаоаога Ч1СЮ1 060-ptjouaai Ш punit, ai 0Ш

KicTaoi

>«Pi

I

У

Рис.3. Схема структуры комплекса технических средств (КТС) распределенной многоуровневой АСУ ТП ВГО -МНГО (стрелками обозначено направление передачи информации и управляющих воздействий)

В качестве программного обеспечения информационно-управляющей подсистемы АСУ ТП ВГО-МНГО, для реализации функции оперативного прогнозирования развития аварийной загазованности на объекте защиты, рекомендовано использовать комплекс разработанных алгоритмов и программ приведенных в Главе 3.

Разработана математическая модель и алгоритм решения задачи рационального размещения датчиков газоанализаторов КТС АСУ ТП ВПЗ на промтерритории открытых технологических установок НПЗ. Разработанный алгоритм включает в себя четыре последовательных этапа:

ЭТАП 1. Построение системы датчиков защиты территории установки не занятой под технологическое оборудование.

На данном этапе (в терминах комбинаторной топологии) решается задача прямолинейной триангуляции полиэдра, т.е. многогранника, в данном случае - прямоугольника, в виде тела геометрического симплициального комплекса, т.е. такое его разбиение на замкнутые симплексы, в данном случае - треугольники, что каждые два симплекса либо не пересекаются. либо пересекаются по их общей грани.

Полученные формулы расчета координат третьей вершины симплекса (датчика Эк) по двум заданным на плоскости защиты датчикам (04 и Р^) имеют вид:

X! + X! У1 Уi / г Г

хк = - ± - / 16 I? - ги

2 2 ги

У1 + Уj XI - X} /22

Ук = - * - / 16 Я - Ги

2 2 Ги

✓ 2 2

(XI - х^) + (У1 - у^) -расстояние между

двумя заданными датчиками, а Я - радиус действия датчика.

По полученным формулам производится программное заполнение защищаемой территории датчиками.

ЭТАП 2. Построение системы датчиков защиты зон (блоков) с взрывопожароопасным технологическим оборудованием.

На этом этапе производится расчет координат положения датчиков 0г, покрывающих технологические зоны без "мертвых зон" (незащищенных участков) и тройных перекрытий. Анализируются случаи зон большой ширины (Ду2): Я \/3 < Ду2 < 21?, средней I? £ Ду2 < !? Из и узкой ширины Дуг < И, а также ряд частных случаев рационального размещения датчиков в зависимости от длины зоны по X. Для каждого из этих случаев найдена рациональная конфигурация расположения датчиков, обеспечивающая полную защиту зоны наименьшим числом датчиков. В случае Ду2 < R возможны два способа покрытия зоны "попарное" и "шахматное", для определения более рационального варианта было составлено и решено уравнение 4-ой степени:

б4 - 41?53 - 10 (I?2 - (Ду2)*)02 + (281?3 - 201? (Ду2)2)5 -

- 15К4 + 10!?2 (Ду2)2 + 9 (Ду2)4 = О

Решение этого уравнения имеет вид: Р? = Ду2 /ГЦ77 , т.е. при Ду2 > 0,9221? производится "попарное" расположение датчиков, а при Ду2 < 0,9221? - "шахматное", как более рациональное.

ЭТАП 3. Расчет площадей перекрытий, "мертвых зон" и удаление избыточных датчиков защиты территории.

По координатам датчиков рассчитываются площади "мертвых зон" и перекрытий. Перекрытия возникают при столкновении радиусов обслуживания гексагонально расположенных датчиков Оь с защищающими технологические зоны датчиками 02. Для расчетов вышеназванных характеристик получены следующие формулы:

а/ при наложении радиусов обслуживания двух датчиков 1 и а , центры которых находятся на расстоянии < 21? , площадь наложения , вычисляется по формуле:

.+ ^ ( Ги Ч Гц

~2~

»и

= агссоэ (—] - — Чц

90 ^ 2 I? ' 2

где V!д = у АК - ги -длина перекрываемого наложением

двух радиусов обслуживания датчиков участка.

0/ если датчики 01 , Б;] , Бк находятся в вершинах симплекса грани которого равны между собой (простейший случай), т.е. г и = гк! = гю . то при г и < 21? площадь наложения внутри симплекса составит Бп^ :

+ ЯК!2 ( ги ч 3

Зпк = - агссоэ - - — ги

60 ^ 2 I? > 4

Площадь "мертвой зоны" между этими тремя датчиками:

•2 2 2

г и Г~ /Г|] ! 3 3АлК =--/3--+ - агссоэ -—--Гп Уи.

4 2 60 12 К/ 4

ЭТАП 4. Размещение датчиков газоанализаторов на границе технологической установки с учетом направления и силы господствующего ветрового потока.

С этой целью получена расчетная формула определяющая коэффициент компенсирующий нормативный радиус обслуживания датчиков газоанализаторов при размещении их на границе установки в зависимости от направления и силы господствующего ветрового потока:

« „ . „ / Чвге

1г = и к = к

иу Го Б1ПГ

где I? - радиус обслуживания датчика (нормативный); Дуъ2 -расстояние от места аварийного выброса до границы установки; - эффективная скорость переноса облака топли-вовоздушной смеси; - скорость ветрового потока;

го - расстояние до погруженного в область ветровой тени датчика; г - угол направления ветра.

Программная реализация алгоритма выполнена для ПЭВМ типа 1ВМ РС АТ в среде операционной системы М2 ЮЗ на языке СИ++. С использованием данной вычислительной программы произведен расчет количества и координат положения датчиков газоанализаторов КТС АСУ ТП ВПЗ -МНПЗ и получены схемы рационального их размещения на промышленной территории всех взрывопожароопасных технологических установок Московского НПЗ.

Получен критерий эффективности защиты промтерритории наружных установок НПЗ от аварийной загазованности и произведен сравнительный анализ результатов расчетов количества и координат датчиков газоанализаторов КТС АСУ ТП ВПЗ для установок МНПЗ различных размеров по базовому алгоритму (модель линейного программирования) и по разработанному алгоритму. Средняя относительная погрешность расчетов составляет 15,2 7., что подтверждает правомерность полученных карт рациональной расстановки датчиков комплекса на промтерритории объекта исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В диссертационной работе проведен анализ взрыво-пожароопасности промышленной территории Московского НПЗ, в ходе которого выполнен аналитический обзор аварий, взрывов и пожаров на объектах нефтепереработки и нефтехимии, установлены их причинно-следственные связи; определен уровень опасности всего завода и каждой наружной установки исходя из расчета энергетического потенциала обращающегося в технологии углеводородного сырья и продуктов его переработки приведенного к тротиловому эквиваленту, а также последствия возможной аварии на всех взрывопожароопасных технологических установках МНПЗ;

. 2. Разработана методика и проведены полномасштабные экспериментальные исследования загазованности промышлен-

ной территории и санитарно-защитной зоны Московского НПЗ при регламентном (нормальном) режиме работы технологического оборудования, разработаны карты содержания углеводородного поллютанта в воздухе объекта исследования, установлены пределы изменения концентрации загрязнителя и определены зоны повышенного его содержания. Результаты экспериментов сопоставлены с расчетными значениями концентраций поллютанта в местах отбора проб воздуха согласно действующему нормативному документу - "Методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий". Отклонение экспериментальных значений от расчетных не превышает 27,9Х.

3. Проанализированы состояние вопроса и существующие расчетные методы по определению основных параметров полей концентраций вредных и взрывоопасных веществ в атмосфере промышленных предприятий, сформулированы требования к данным моделям, модели,отвечающие данным требованиям,доработаны и реализованы в виде адаптированных алгоритмов и программ расчета полей аварийной загазованности для пром-территорий нефтеперерабатывающих объектов;

4. Выполнен анализ изменений метеорологических параметров в атмосфере Московского НПЗ за пятилетний период и проведены вычислительные эксперименты по прогнозированию загазованности промышленной территории МНПЗ и прилегающих к нему объектов при возможной аварии, исследованы основные закономерности динамики полей до- и взрывоопасных концентраций, их опасность для ближайших жилых микрорайонов и соседних промышленных объектов;

5. Установлена необходимость непрерывного автоматического контроля загазованности воздушной среды открытых установок НПЗ (по всей площади промтерритории установок на высоте 0,5-1м от уровня Земли). Для этого предложено использовать многоканальные автоматические стационарные сигнализаторы типа СТМ-20 оснащенные датчиками термохимического типа с конвекционной подачей анализируемой среды.

5. На основании системного подхода к проблеме созда-шя автоматизированного технологического комплекса взры-юпожарозащиты (АК ВПЗ) промышленной территории Московского НПЗ разработаны общесистемные решения, составлены »писания организационного и технического обеспечений АК ШЗ и предложены исходные данные на его проектирование.

7. Разработана математическая модель и алгоритмы ра-цюнального размещения датчиков контроля аварийной зага-юванности КТС АК ВПЗ на промплощадках наружных установок [ефтеперерабатывающих производств с учетом расположения ¡зрывопожароопасного технологического оборудования. Полу-[ена расчетная формула,определяющая коэффициент, компенси-)ующий радиус обслуживания датчиков при размещении их на ■ранице установки в зависимости от направления и силы 'осподствующего ветрового потока. Программная реализация алгоритма выполнена для ПЭВМ типа IBM PC AT в среде опе->ационной системы MS DOS на языке СИ++.

8. Получен критерий оценки эффективности защиты фомтерриторий открытых установок НПЗ от аварийной зага-юванности. Исследована эффективность разработанного ал-•оритма и получены схемы рационального размещения датчи-сов газоанализаторов КТС АК ВПЗ на промышленной террито->ии всех взрывопожароопасных технологических установок 1осковского НПЗ.

Основные положения диссертации изложены в работах:

1. Фёдоров A.B., Навацкий A.A. Автоматический конт-юль взрывоопасной воздушной среды промышленных объектов '/ Организация тушения пожаров и аварийно-спасательных ра->от: Сб,науч.тр. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1990. - С.183-186.

2. Навацкий A.A., Фёдоров A.B. Автоматизированная :истёма управления пожарной безопасностью промышленных »бъектов // Там же. - С.163-167.

3. Навацкий A.A., Фёдоров A.B. Расчетная оценка ¡зрывопожароопасности аварийных ситуаций на объектах неф-

тепереработки // Совершенствование деятельности органов Государственного пожарного надзора: Сб.науч.тр. -М.:ВИПТШ МВД РФ, 1991. - С.233-236.

4. Навацкий A.A., Фёдоров A.B. Автоматический контроль загазованности территорий промышленных объектов, охраняемых ВПО // Там же. - С.166-168.

5. Абросимов A.A., Устинов Б.М., Навацкий A.A., Фёдоров A.B. Экологическая оценка воздушной среды на территории Московского нефтеперерабатывающего завода: Обзорная информ. Сер. Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. - М.: ВИНИТИ, 1991. - вып.(109). - С.48-52.

6. Абросимов A.A., Захаров С.М., Коломийцев В.М..Навацкий A.A., Фёдоров A.B. Автоматический контроль взрыво-опасности воздушной среды нефтеперерабатывающего завода// Там же. - С.57-62.

7. Абросимов A.A., Коломийцев В.М., Захаров С.М., Навацкий A.A., Фёдоров A.B. Снижение экологической напряженности и повышение безопасности Московского НТО на базе автоматизированного комплекса пожаровзрывозащиты // Там же - С.52-57.

8. Абросимов A.A., Пранов Б.М., Навацкий A.A., Фёдоров A.B. Основы построения математических моделей оптимального размещения датчиков газоанализаторов //Там же -С.62-67.

9. Разработка схем расстановки газоанализаторов на технологических установках и резервуарных парках по выявлению загазованности и систем аварийного оповещения: Отчет о НИР (заключ.) / ВИПТШ; Руководитель А.А.Навацкий. Исп. В.В.Бабурин, Б.М.Пранов, А.В.Фёдоров. -Тема N 1.257; N ГР 641.884.41. - М., 1991. - 153 С.

10. Патент N 1788902 (Россия). Автоматизированная система взрывопожарозащиты / Навацкий A.A., Фёдоров A.B.. 1991. МКИ А62С 37/10.

Соискатель

А.В.Фёдоров

ВНПТЩ jKpjb р{>