автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Информационные модели принятия решений для интеллектуальной системы экологической безопасности Астраханского газоперерабатывающего комплекса

1М о ии

« ь Г,пр ШЪ

п Московская Государственная Академия

Гонкой Химической Технологии им. М.В. Ломоносова

На правах рукописи

Белинский Борис Исаевич

Информационные модели принятия решений для интеллектуальной системы экологической безопасности Астраханского газоперерабатывающего комплекса

05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998 г.

Работа выполнена в Московской Государственной Академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова

.. I

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Ярыгин Г.А.

Официальные оппоненты ■

доктор технических наук,

профессор

Солохин A.B.

доктор технических наук, Соболев А.И.

Ведущая организация - Научно-исследовательский и проектный

институт Астрахань НИПИГаз

Защита состоится « 21» «СЫл^у/Ц» . 1998 г. в ¿Г час. на заседании специализированного совета К063.41.02 в Московской Государственной Академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова по адресу: Москва, проспект Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ (Москва, Малая Пироговская, 1)

Реферат разослан «Ж» « 03 » 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Бурляева Е.В.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Астраханский Газоперерабатывающий Ком-лекс (АГК), относится к крупнейшим предприятиям по переработке пласто-эго газа. Объемы переработки и месторасположение делают АГК экологи-гски опасньш промышленным объектом так как в процессе переработки па и конденсата, получения серы, хранения и транспортировки продуктов эразуется некоторое количество отходов производства. Это прежде всего сообразные отходы, загрязняющие воздух: газы установок получения серы, ымовые газы промышленных печей и факелов, вентиляционные выбросы: . иачителен объем жидких отходов - засоленных сточных вод, извлекаемых ри сепарации газа и конденсата (пластовая вода), отстойные воды нефте-родуктов, вода промывки аппаратов, фильтров и т.д. Жидкие отходы АГПЗ тияют на водные объекты региона, в том числе на источники водоснабже- . ля, рыбохозяйственные объекты, сельскохозяйственные угодья, озера и реки.

При строгом соблюдении всех технологических норм производства и даежащем состоянии систем автоматизации и контроля промышленные •юросы не превышают санитарные правила и нормы охраны поверхностях и подземных вод и атмосферного воздуха К сожалению, даже для доста-1чно современного, экологически чистого и достаточно надежного предпри-•ия, каким является Астраханский Газоперерабатывающий Комплекс, не :ключена опасность аварий и отказов оборудования, которые имеют значи-льные экологические последствия. Особенностями аварий и отказов систем :зопасности на таких крупных объектах являются: значительные масштабы экологических бедствий; непредсказуемость и значительные темпы развития ситуации; трудности ликвидации аварий и их последствий; возможность значительных разрушений и гибели людей. Эти обстоятельства заставляют отойти от принятой концепции создания СЭМ промышленных предприятий, когда экологический мониторинг огранивается промплошздкой предприятия, и рассматривать региональный аспект ологических аварий. Только рассматривая региональные аспекты воздействия )жно уменьшить экологические последствия аварий, заранее продумать эколо-чески безопасные сценарии ликвидации аварий, уменьшить экологический дерб за счет принятия своевременных и эффективных решений. Реализация этого подхода невозможна без создания интеллектуаль-ш системы экологической безопасности, позволяющей в сжатые сро-' принимать обоснованные и эффективные решения по локализации арий и минимизации экологического ущерба.

Вышесказанное в полной мере относится к Астраханскому газоперераба-[вающему заводу, крупнейшему в Европе и одному из крупнейших в мире, е только контролируемых в автоматическом режиме параметров несколько [сяч. В настоящее время на АГПЗ функционирует традиционная автомата-

з про ванная система экологического .мониторинга. Значимость этой системы и опыт её использования является реальным фактором функционирования завода. Однако существующая система экологического мониторинга, в основном, обеспечивает лишь наблюдения за параметрами экологической обстановки и их регистрацию. Для существенного снижения риска для населения целого региона, снижения опасности химического загрязнения почвы, наземных и подземных вод и атмосферы необходима подсистема экологической безопасности, позволяющая на основе информации об экологической обстановке, промышленном объекте принимать обоснованные управляющие решения и рекомендации. Создание эффективной системы экологической безопасности такого крупного промышленного объекта как АГК, невозможна без решения проблемы разработки соответствующего информационного обеспечения, включающего в себя:

• подсистемы сбора, фильтрации, сжатия первичной информации; , ч

• подсистемы систематизации, накопления и хранения информации; -

• иерархический комплекс эколого-экономических моделей воздействия промышленных предприятий на окружающую среду региона;

• информационно-советующие модели принятия решений;

• интеллектуально-информационный интерфейс, позволяющий систематизировать и накапливать знания и данные об экологических авариях и последствиях принятых решений.

Проведённый нами анализ показывает, что в настоящее время ни в России ни за рубежом проблема создания информационного обеспечения региональных систем экологической безопасности не решена, хотя отдельные элементы уже существуют в рамках существующих систем экологического мониторинга.

Таким образом - разработка региональных систем экологической безопасности, создание идеологии построения информаци-очного обеспечения принятия решений в таких системах является актуальной проблемой не только для Астраханского региона, но и для других промышленных регионов России.

Цель работы: разработка и внедрение информационных моделей принятия решений для Интеллектуальной Системы Экологической Безопасности Астраханского газоперерабатывающего комплекса н прилегающего к нему региона.

Идея работы заключается в использовании для построения Системы Экологической Безопасности интеллектуальных информационно-советующих моделей принятия решений, позволяющих повысить обоснованность принятых решений.

Задачи исследований

Цель и идея работы определили следующие задачи исследований:

• обзор состояния развития современных систем экологического мониторинга промышленных предприятий и регионов;

исследование и оценка уровня развития интеллектуальных систем экологического мониторинга;

разработка концепции создания информационного обеспечения систем экологической безопасности;

разработка функциональной структуры региональных систем экологической безопасности;

разработка иерархического комплекса эколого-экономических моделей экологического баланса в региональных системах «предприятия -окружающая среда»;

разработка" методологии построения информационно-советующих моделей приняли'решений по экологической безопасности при нечеткой экологического информации;

разработка функциональных требований к информационному обеспечению, структурной схемы и элементов системы экологической безопасности Астраханского газоперерабатывающего комплекса.

Научная значимость и новизна работы заключается в: создании коматексного подхода к разработке структуры информационного обеспечения региональных систем экологической безопасности, включающего в себя -подсистемы сбора, накопления и хранения информации и интеллектуально-информационный интерфейс, позволяющий систематизировать и накапливать знания об экологических авариях и последствиях принятых решений;

разработке иерархического комплекса эколого-экономических моделей экологического баланса в зоне крупных промышленных предприятий, позволяющих принимать решения правового, экономического, социального и экологического характера;

разработке информационно-советующих моделей принятия решений в интеллектуальных системах экологической безопасности, учитывающих неопределенность и нечеткость информации об экологической обстановке в регионе и промышленном объекте, позволяющих принимать оперативные управленческие решения при экологических авариях и катастрофах.

Практическая ценность и реализация результатов работы заключается в: создании информационного обеспечения интеллектуальной системы принятия решений для разрабатываемой в настоящее время системы экологической безопасности АГК;

разработке методик и алгоритмов принятия решений при экологических авариях на АГК, учитывающих неопределенность и нечеткость информации об экологической обстановке;

разработке и внедрении первой очереди региональной системы экологической безопасности, содержащую систему производственного и регионального экологического мониторинга Астраханского Газоперерабатывающего завода позволившей нормализовать экологическую обстановку в

^регионе за счёт значительного сокращения выбросов вредных веществ в : воздух, почву и воду;

• создании службы оперативного оповещения служащих АГК и населения

прилегающих регионов, позволяющей свести к минимуму риск массового

поражения людей при экологических авариях и катастрофах.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы были доложены на трех научных конференциях, представлены на всемирной выставке ЕЫУ1ТЕК-98, проходившей с 2 по б марта 1998 г в Дюссельдорфе, обсуждены на ряде семинаров. По теме диссертации опубликовано пять работ.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и списка информационных источников (60 наименований). Общий объём работы составляет 86 страниц машинописного текста и 12 рисунков.

Основное содержание работы*

Для промышленных регионов, характеризующихся наличием совокупности предприятий по нефтехимии и газопереработке характерно повышенное воздействие инженерно-хозяйственной деятельности и технологических процессов на все сферы окружающей природной среды: атмосферу, биосферу, гидросферу, литосферу. В промышленных регионах в атмосферу выбрасывается более 100 наименований различных вредных веществ, а на одного жителя может приходиться до 500 кг вредных выбросов. На больших площадях развиваются под действием тяжелых металлов процессы деградации почвенного покрова. В значительной степени подвержены загрязнению подземные и поверхностные воды. Прогнозирование экологической ситуации в зоне промышленного предприятия и принятие решений при возникновении опасных загрязнений и аварийных выбросах основаны, как правило, на использовании интуитивных процедур, опирающихся на информацию, которая в своем большинстве является неполной, не совсем точной, а иногда и недостоверной. В этих случаях, учитывая необходимость оперативного принятия решений, целесообразно использовать мощные современные средства систем искусственного интеллекта и принятия решений. Интеллектуальная система экологического безопасности позволяет пользователям используя нечеткие критерии представления знаний о информации, получить предложения по возможным вариантам решений, основываясь на правилах логического вывода данных и знаний экспертной системы и на методе неточных рассуждений.

Анализ работ, посвященных развитию интеллектуальных систем экологической безопасности промышленных предпршггий и территорий, показывает, что развитие подобных систем находится на начальном уровне. Несколько более развитыми из наиболее близких к ним являются экспертные системам экологического мониторинга, для которых разработаны функцио-

пьные требования, определены программные и технические средства реа-пашш.

.¡Для организации в промышленном регионе эффективно действующей* гстемы экологической безопасности как целостной системы контроля, оцен-[ и прогноза опасных изменений природной среды, необходимо построение ти наземных, подземных и аэрокосмических наблюдений за всеми компотами природной среды. При этом для получения объективной картины о стоянии окружающей среды и для решения вопросов регионального уровня кспертиза, принятие решений, прогноз) необходима .организация экологи-ского мониторинга всех крупных источников загрязнений. Анализ возможных подходов к построению интеллектуальной системы ©логической безопасности позволяет выделить следующие основные функ-м и блоки:

основные производственные объекты региона, включая автотранспорт,^ характеризируемые своими наборами и объёмами выбросов, особенностями расположения и режимами работы;

станции наблюдения и контроля, необходимые для получение первичной информации о поступлении и содержании вредных веществ в окружающей среде;

интегрированные базы данных и знаний, содержащие информацию о допустимых концентрация загрязняющих веществ, механизмах их превращений и воздействий; : информационно-измерительные сети и каналы передачи данных, обеспечивающие обмен информацией между подсистемами; модели загрязнений и принятия решений по экологической безопасности и предотвращению дальнейшего поступления этих веществ в воду, воздух, почву, донные отложения, растительный покров или о необходимости очистки этих объектов от уже накопленных в них загрязнителей; блок анализа интегрального экологического техногенного воздействия и получения вторичной информации об эффективности мероприятий; блоки общей оценки экологической ситуации и прогноза развития экологической ситуации;

блок принятия управленческих решений экономического, правового, социального и экологического характера по отношению к природопользова-тслям, предприятиям и регионам со сложной экологической обстановкой, включая вопросы аварийной остановки предприятий и эвакуации населения.

Функциональная схема интеллектуальной системы экологической безо-:иости показана на рисунке 1.

Для создания автоматизированной систем экологической безопасности ¡буется постоянный контроль состояния (мониторинг) параметров окру-ющей среды, изменяющейся в результате воздействия загрязнений отхо-ии, поступающими из различных источников. Одной из важных состав-

к л

МШИМ СШ№ МЖШЕеиуаШШ« яотмы ЭШЩгатеШМШ &ШШШ(ШОТ1

Производственные объекты региона

Станции наблюдений и анализа

Интегрированные базы данных и знаний

Информационные измерительные сети

Модели загрязнения и принятия решений

Анализ интегрального экологического техногенного воздействия

N

Общая оценка экологической ситуации

Прогноз развития экологической ситуации

Принятие %

информационно-управляющих решений

пощих этой работы является создание мелко-, средне- и крупномасштабных солошческнх карт региона. В первую очередь эти карты создаются по тер-ггорням, подвергающимся наиболее интенсивном)' загрязнению. Этот ком-кет дополняется набором., специализированных картографических мате-илов, комплектами разномасштабных карт по природно-ирогеологическим, ландшафтно-геохимическим и другим условиям, по епенн химического и радионуклидног о шгрязнения. Вместе с географиче-:ой топоосновон, на которой показаны источники загрязнения, они состав-нот полное картографическое описание территории. Последнее дополняется яками и базами данных по экологической обстановке, а также по регио-итьному и территориальному прогнозу техногенного изменения геоэкоси-емы, справочной и научной литературой.

Региональную систему экологической безопасности можно укрупнено оставить в виде совокупности отдельных взаимосвязанных подсистем истем):

измерения экологических и метеорологических факторов; информационной системы и базы данных; моделирования и прогноза; поддержки принятия решений.

Так как региональные системы экологического мониторинга осуществля-г анализ территорий (географической среды), то информационная подсис-ма должна обеспечивать ввод, хранение, обработку и представление коор-натной картографической информации, т.е. обладать рядом черт геогра-гоеской информационной системы (ГИС).

Информационно-экологическую модель региона можно представить как вокупность природных ресурсов региона и объектов антропогенного воз-йствия на них.

По каждому из перечисленных природных ресурсов информационная моль строится учетом отражения динамики качества, состояния природного сурса, проявления влияния человеческой деятельности, процессов матери-ьного производства. Структурная схема информационного обеспечения стемы экологической безопасности промышленного региона показана на сунке 2.

Главным информационным объектом антропогенного воздействия на эсистему региона является промышленное предприятие. Предприятия, гцифические для регионов, характеризуются своим уникальным набором изнаков (атрибутов), учитывающим конкретные особенности производст-кного процесса. Это определяется информационными потребностями при-адных задач по оптимизации природоохранной деятельности таких пред-нятий. При описании типов предприятий используются обобщенные ха-ктеристики, отражающие суммарное воздействие всех технологических оцессов на каждый из выделенных природных ресурсов. На рисунке 3 по

►о в о

I I-".,

Структурная схема информационного обеспечения системы экологической безопасности региона

Функциональные подсистемы регионального уровняы

Решональкая сити эколоппесюпгмошрш

¥

Функциональные

подсистемы локального уровня

Локальная система экологического мониторинга

11

£

Автоматизированные рабочие места (АРМы) по решению частных задач экологического мониторинга

■'/■'V

Пользователи системы

Наблюдательная сеть локального уровня

Городская региональная администрация

Госкомприрода

сэе

Система измерений экологаческих и метеорологаческих факторов (наблюдательная сеть регионального уровня)

Чг 5 1 I ж 1

Гидрометеостанция Посты мониторинга поверхностных вод Автоматическая станция мониторинга атмосферного воздуха Передвижная лаборатория наблюдений загрязненной природной среды Стационарная аналитическая лаборатория Аэрологические посты

Логическая структура базУ данных

'У" Л -......* I I" '!■ ...... .....

Станция наблюдения -^-.„.,..,,, ... .... Регион

Точка измерения " ч1 Город

Содержание примесей

Район города

Состояние атмосферы

1

Предприятие

Продукция предприятия

V

Производственный объект

—

Плата за выбросы

Источник выброса

Химический состав выброса

Система очистки

Рис.3.

казана логическая структура базы данных Системы Экологического Безопасности промышленного региона.

Функциональные возможности системы экологической безопасности промышленного региона с возможностью оценки ситуации, прогноза ее изменений и обеспечения принятия-рршений при экологических катастрофах, реализуются подсистемами (модулями) моделирования экологических процессов, а также системой поддержки принятия решений.

К задачам подсистемы моделирования и прогноза относятся:

• моделирование процессов переноса и трансформации загрязняющих веществ в природных средах, а также реакции геологической среды на приведение строительных работ; прогноз (на основе моделирования) динамики распространения загрязняющих веществ в гидросфере, биосфере, атмосфере; прогноз деформаций земной поверхности, заболачивания и

др.; ; i ■

• моделирование и оптимизация деятельности промышленных предприятий;

• восстановление пространственно-временных полей экологических факторов по данным точечных наблюдений;

• ведение карт распространения загрязняющих веществ (трансформации геологической среды) и идентификация источников технического воздействия.

Другим классом задач, решаемых в системах региональной экологической безопасности, требующих сложных баз данных и баз знаний и достаточно сложных алгоритмов принятия решений являются такие задачи, как:

• обоснование экологической возможности строительства новых или расширения старых предприятий;

• определение сумм компенсаций от ущерба экологии региона, при загрязнении поверхностных и подземных вод, воздуха, почвы;

• определение стратегии принятия решений при внезапных выбросах, авариях крупных предприятий, крупных пожарах и других экологических бедствиях.

Ситуация осложняется тем, что перечисленные выше задачи как правило, должны решаться на основе тщательного анализа всей имеющейся информации, хранящейся в базах данных, в базах знаний. Причем, для повышения достоверности решения задач необходим значительный объем информации, что существенно усложняет анализ и принятие решений в силу того, что хранящаяся информация, подчас, неполна, недостоверна, противоречива или, наконец, просто не определена и неясна.

В диссертационной работе показано, что в системах экологической безопасности для решения таких задач можно использовать иерархический комплекс эколого-экономических моделей, описывающих воздействие промышленных предприятий региона на окружающую среду, которые получены из экономико-математических моделей Гофман К.Г., Гусева A.A. Комплекс

»лого-экономических моделей образуют модели трех типов, описывающих действие предприятий региона на водные объекты, подземные воды и душную среду. Ограниченный объём автореферата не позволяет подробно гсать эти модели. Поэтому мы отметим лишь основные их характеристи-Например, рекомендуемая для системы экологической безопасности мо-1ь - "предприятие - водный объект" имеет следующие характеристики: Критерий, характеризующий экологическое воздействие промышленных дприятий региона на водные объекты региона, может быть представлен в К '''""л,

5: £ аи* (А, М, V, 0Н, Ь, V1, V2, В1, О2) (1)

к И

1,2,3; ¡=1,2,...И; N - число промышленных предприятий района;

- производственные затраты на водоподготовку, водопотребление и реутилизацию;

- затраты на очистку сточных вод;

- экономический ущерб от сброса загрязненных вод в бассейн реки;

- матрица с элементами а^, характеризующими производственную программу по выпуск}' продукции] на предприятии ц

- матрица с элементами мД характеризующими выпуск продукции ] по технологии Ь на предприятии г;

- матрица с элементами у^, характеризующими выпуск побочной продукции ] на предприятии у,

■ матрица с элементами grlCJh - расход ресурса вида к в пункте г при технологии Ь для производства продукции вида];

V2 - матрицы с элементами и у,г2г, характеризующими сброс загрязнений вида г от хозяйственной и коммунальной деятельности Ь в пункте г при выпуске продукции вида];

Э2 - матрицы с элементами и с12п, характеризующими заборы и ресурс свежей воды в пункте г предприятием \. Критерий экологического воздействия дополняется системами ограниче-вида: I н

с ]=1,...,и (2)

Ограничения (2) характеризуют минимально возможные объемы выпуска тукции вида]; I я р

С I I V/ £ Упрс/, (3)

-1 Ь-1 р"1

Ограничения (3) описывают ограничения на объемы сброса загрязненных вод редельно допустимым концентрациям загрязняющих веществ вида р.

Ограниченный объем автореферата не позволяет описать более,подроби« предлагаемые в диссертации модели экологического воздействии предпри яггий на воздушную среду региона. Кратко отметим лишь, что региональны! модели загрязнения атмосферного воздуха, характеризуются следующим! параметрами:

• число предприятий в регионе;

• число возможных вариантов производственной и атмосфероохранжп технологий для каждого предприятия; &

• годовая производственная мощность ьго предприятия при 1-й техноло гии;

• годовая производственная программа ¡-го предприятия;

• запретительный уровень загрязнения атмосферы промышленным отходол q-гo вида (для среднегодового осреднения по 1-й технологии с мощно стью М,1;

• фоновое загрязнение атмосферы q-гo вида от автотранспорта, непроиз водственных, внешних и естественных источников;

• годовой экономический ущерб, вызываемый выбросами вредных вещесп ¡-м предприятием при 1-й технологии с мощностью М,1 и т.д.

После предварительных расчетов и уточнения ряда параметров эколого экономические модели, рекомендуемые в диссертации к использованию I системах экологической безопасности приводятся к задаче нелинейного про граммирования. Поэтапное решение задачи для конкретных условий про мышленного развития и экологической ситуации в районе позволяет принял управленческие решения экономического, правового, социального и экологи ческого характера по отношению к населению, предприятиям со сложно! экологической обстановкой, включая вопросы закрытия предприятий и отсе ления населения.

В третьей главе диссертационной работы разрабатываются информаци онно советующие модели принятия решений в системе экологической безо пасности, а так же исследуются методы и алгоритмы учета неопределенностс в системах экологической безопасности.

Отличительной чертой функционирования систем экологической безопас ности является необходимость принятия решений в условиях неполной, н( полностью определенной или противоречивой информации. В случае, когд: принятие решений осуществляется Лицом, Принимающим Решение (ЛПР) обычным способом принятия решения является интуитивный метод. Качест во принимаемого решения, конечно, в полной мере зависит от квалифика ции, опыта ЛПР, от количества и качества доступной ему информации и наконец, от тщательного анализа всех обстоятельств. В случае небольшой объема исходной информации, ограничений перечня возможных решений I достаточного времени на размышление, ЛПР в состоянии выработать реше ние, близкое к оптимальному. Однако, если речь идет о принятии решений 1 экстремальных условиях, которыми характеризуются различные аварии, I

t числе и экологические, редко, когда ситуация столь проста и однозначна, с правило, при масштабных экологических авариях, особенно, если их ледствия грозят потерей жизни людей, принятие приемлемого решения [час требует необходимости переработки значительных объемов инфор-щи в сжатые сроки.' Особенно усложняет проблему выработки эффектив-с решений неточная и неопределенная информация. Именно поэтому йне необходима разработка методов и алгоритмов принятия решений в овиях неопределенности. f.

Атмосфера представляет собой, по терминологии, принятой в литературе искусственному интеллекту, объект с непрерывно меняющимися парамет-[и (непрерывный объект). Система диагностирования состояния непре-!ного объекта относится к классу систем функционального диагностиро-ия. Т.о., для целей диагностирования должна использоваться информа-, вырабатываемая при естественных воздействиях на атмосферу источни-загрязнения. Диагностическую модель непрерывного объекта можно дставить в виде таблицы функций неблагополучия, каждая строка кото-соответствует результатам измерений загрязнений какого-либо вида или [ества, а столбец - определенному неблагополучному состоянию, т.е. сте-и загрязнения. С использованием подобных таблиц может быть решена мая задача диагностирования - определение функционального состояния осферы по результату совокупности проверок.

Естественно, множество проверок должно быть выбрано таким образом, 5ы можно было различить между собой нормальное и неблагополучное шальное) состояние атмосферы для каждой аномалии, которые должны вляться системой диагностирования. Выбор такой совокупности прове, которая позволяет обеспечить различимость состояний объекта, входя; в заданное множество состояний, называется обратной задачей диагно-зования.

3 диссертационной работе на основе предложенных Башлыковым A.A. гматических методов и нечётких моделей принятия решений предложены >ритмы принятия управленческих решений, которые включены в состав ормационного обеспечения системы экологической безопасности АГК. 1ри рассмотрении нештатных условий эксплуатации объектов газовой иышленности следует различать аварии (события, приводящие к выбросу ружающую среду вредных веществ в таких количествах, которые могут вать массовые поражения людей) и аварийные ситуации (состояния объ-IB, которые характеризуются нарушением эксплуатационных пределов условий безопасной эксплуатации, но не перешедшие в аварию). Здя оценки масштабов воздействия на окружающую среду при нештат-режимах эксплуатации АГК нет необходимости рассматривать обеспе-юе множество всевозможных аварий, а достаточно выявить и рассмот-. аварии, которые могут нанести максимальный вред экологии района, то

есть так называемые «максимальные гипотетические аварию) (МГА), св: занные с наибольшими выбросами сероводорода в окружающую среду.

Для Астраханского газового комплекса по результатам исследований ра: личных организаций выявлены следующие МГА: ,

• фонтанирование скважин; «

• разрушение соединительного газа конденсатопровода УППГ-ГПЗ;

• разрушение входного сепаратора - пробкоулавителя АГПЗ (именно в это £ аппарате может содержаться наибольшее количество сероводорода).

Для построения модели принятия решений для каждой гипотетическо аварии необходимо построить «дерево событий», т.е. логическую структур; описывающую причинно-следственные связи при взаимодействии оборуд< вания, персонала и условий окружающей среды, то есть элементов, обуслэд ливающих отказ системы. Причины отказов газодобывающих и газоперерг батывающих объектов многообразны и обуславливаются взаимосвязью обт ективных и су бъективных факторов. К объективным причинам относятся:

• наличие в газе агрессивных компонентов (сероводорода и углекислот газа) и конденсационной воды - отказы, вызванные коррозией оборудовг ния и связанные с токсичностью газов;

• природно-климатические условия - температура окружающей среды;

• пластовые термодинамические условия - давление и температура;

• состояние пласта;

• режим работы залежи; •

• разнообразие, сложность технологических процессов переработки плг стового сырья;

• многофакторность систем управления современными перерабатывают» ми предприятиями;

• жесткие требования к ограничению валовых выбросов вредных веществ окружающую среду.

К субъективным причинам относятся:

• неудачный выбор конструкции оборудования;

• нарушение технологических режимов эксплуатации;

• низкая квалификация обслуживающего персонала;

• нарушение трудовой и производственной дисциплины;

• низкий уровень надзора за экологической и газовой безопасностью.

На рис. 4 изображено «дерево событий», приводящих к гипотетическо аварии - «Фонтанирование при добыче». Для оценки последствий авари «Фонтанирование при добыче» необходимо ввести количественный показа тель, характеризующий тяжесть аварии. С этой целью заметим, что свобод ный дебет строящихся скважин АГКМ оценивается специалистами в диапа зоне от 0,5 до 3,0 млн.куб.м/сутки. Причем, верхняя граница является дос тижимой (с весьма малой вероятностью) только в ограниченный период ш чального фонтанирования скважин. В то же время, для стадии эксплуатаци

43

s о

4-

более характерен дебет до 0,5 млн.куб.м/сутки и он, по-видимому, не моио ' превышать 1 млн.куб.м/сутки. Проектом предусмотрена возможность ликв дации аварийного газопроявления (в крайнем случае - поджига пластово] флюида) , в .течение 30 минут после обнаружения утечки. „Это время такл учитывается при расчете массы сероводорода С?0 в газовом облаке, образу* щемся при фонтанировании скважины. Расчет ведется по формуле:

С>0 = ( Э * I * п * (1) / (24 * 100), т (4)

где:

И - дебит скважины, нм3/сутки; I - длительность фонтанирования, час; п - концентрация токсичного компонента в выёросе, %; с1 - плотность сероводорода, т/нм3.

Количество выброшенного сероводорода при аварийном разрушении тр; ■'бопровода УППГ-ГПЗ и сепаратора <30 определяется по формуле: Ч'у р0 = « п * а * УГ)/100)*Р, т (5)

где:

п - содержание ядовитого вещества в природном газе, %; с! - плотность сероводорода, т/ нм3;

V, - объем секции газопровода между автоматическими отсекатслями, м3; Р - давление в аппарате (трубопроводе), атм .

Численные значения (количество) выброшенного сероводорода при ав: риях в рассматриваемых условиях приведены в табл.1.

Таблица

Масса сероводорода в аварийных выбросах

№ Наименование источника выброса Масса НгЕ в выбросе, т

1 Фонтшшрующая скважина с дебитом 0,5 .\пн.м3/сутки 3,91

2 Фонтанирующая скважина с дебитом 1,0 млнл^/сугки 7,81

3 Фонтшшрующая скважина с дебитом 3,0 млн.м^сугки 23,43

4 Входной сепаратор АГПЗ 4,59

5 Газоконденсатопровод УППГ-ГПЗ 10,80

6 Газоконденсатопровод УППГ-ГПЗ разрушение крана 21,60

Как видно из приведенных данных, наибольшие выбросы сероводород возможны при фонтанировании скважины с дебитом 3 м3/сутки или разр) шении расчетного секционирующего крана на газоконденсатопроводе. Пс скольку вероятность этих событий исключительно мала, в качеств «типичной максимальной аварии» целесообразно рассматривать разрушени газоконденсатопровода УППГ-ГПЗ на участке между расчетными кранами фонтанирование скважины с дебитом до 1 млн.м3/сутки.

Помимо рассмотренных гипотетических аварий, целесообразно оценит массу сероводорода при выбросе технологической среды из подземной емкс сти для хранения нестабильного конденсата, эксплуатируемой методом з; мещсния продукта газом перелавливания.

Максимальный выброс сероводорода может быть определен по формуле: ,

■ интенсивность фонтанирования, т/час;

■ длительность фонтанирования, час; • массовое газосодержания, т/т ;• -

■ концентраты сероводорода в газовой фазе, % мае.,

I равен: #

Зо = ( 125 * 0,5 * 0,3535 * 48,413 ) /100 = 10,70 т. (6)

Гаким образом, масса сероводорода при разрушении скважины подзем) хранилища нестабильного конденсата практически равна выбросу при >ыве газоконденсатопровода УППГ-ГПЗ. Аналогично рассмотренной мо-1 гипотетической аварии «Фонтанирование при добыче» могут быть по-»ены модели других МГА.

!ная количественные характеристики выбросов, вероятности аварий и дерево гтий, приводящих к авариям можно пригашать управленческие решения, имизирующие тяжесть последствий и вероятность возникновения аварий, 'азработанные в диссертации концепции построения информационного печения систем экологической безопасности, методы и алгоритмы ис->зованы в проекте первой очереди системы экологической безопасности I. Астраханский газоперерабатывающий Комплекс относится к крупней-[ в мире предприятиям по переработке пластового газа. Объемы перера-я составляют 7,2 млрд.нм3/год с получением товарных продуктов: оварного газа в объеме 3,5 млрд.м3; жиженного газа в объеме 182 млрд.м3; еры газовой 2250 тыс. тонн/год; табильного конденсата 120 тыс. тонн.

1роектом завода предусмотрены возможные и экономически оправдан-мероприятия, имеющие целью достижение минимального количества ных отходов производства. К важнейшим из таких мероприятий относятся: «циркуляция газов регенерации цеолита установки осушки сжиженных азов в основной поток очищенного газа;

озврат кислой воды со всех точек сепарации в систему циркуляции ди-таноламина;

[аксимальное извлечение и утилизация сернистых компонентов и угле-одородов, содержащихся в сточных водах и газовых выбросах; екуперация тепла горячих потоков диэтаноламина и пароковденсата для агрева воды, конденсация пара вторичного вскипания конденсата; ¡аксимальное извлечение серы из хвостовых газов установок получения еры;

спользование в качестве топливных газов для сжигания в промышлен-ых печах, в котлах и на факелах только очищенного газа с целью мак-имального уменьшения содержания вредных примесей в дымовых газах;

• нейтрализация щелочью рассола, контактирующего с нефтепродуктами целью обезвреживания газов узла дегазации рассола;

• применение герметичных аппаратов, арматуры, приборов, разъемш соединений; Ч ,,

• автоматическое поддержание режимов давлений в аппаратах» гарант рующих минимум срабатывания сбросных предохранительных устройа В процессе переработки газа и конденсата, получения серы, хранения

транспортировки продуктов, а также на вспомогательных общезаводск установках образуется некоторое количество отходов производства:

Твердые неутилизируемые отхода подвергаются обезвреживанию: ropi чие шламы направляются для сжигания на установку У-265, негорючие с ходы перед их извлечением из аппаратов подвергаются пропарке либо те мообработке, причем из них удаляются горючие и токсичные примеси. Зо. с установки У-265 и обезвреженные твердые отходы направляются для зах ронения на полигон твердых бытовых отходов. Ч Ч

Обезвреживание газообразных отходов:

• хвостовые газы установок получения серы дожигаются в специалып печах с целью полного превращения сернистых соединений до мен вредного диоксида серы с последующим сбросом в атмосферу через bi сокие (210 м) дымовые трубы;

• обезвреживание газов промышленных печей установок У-274, У-221, ^ 265 заключается в нормальном ведении процесса сжигания, обеспеч вающего полноту сгорания вредных примесей.

Жидкие отходы производства подразделяются на два вида:

• один вид - сильно засоленные стоки (пластовая вода с содержанием сол< до 150 г/л) подвергается очистке от газообразных и токсичных примес< на установке У-222, после чего закачивается в глубокие поглощающ! горизонты;

• остальные производственные стоки, а также дождевые и хозфекальнь сточные воды подвергаются очистке на канализационных очистных с оружениях, после чего используются для орошения сельскохозяйственнь угодий.

АГПЗ является объектом с высоким уровнем автоматизации и систем« управления, отвечающими современному техническому уровню. Автомат зированная система управления технологическим процессом обеспечивает комплексом средств автоматизации I/A SERIES фирмы FOXBORO, причс количество контролируемых и регулируемых параметров составляет н сколько тысяч. Уровень контроля и автоматизации установками основно технологического назначения предусмотрен в объеме, обеспечивающем р боту установок без постоянного присутствия обслуживающего персонала i установках. Непосредственный контроль и управление этими установках предусматривается посредством рабочей станции системы фирм

BORO с рабочих мест оперативного персонала, размещенного в цен-ьной операторной.

I настоящее время в рамках создания первой очереди системы экологи- • ой безопасности создана и введена в эксплуатацию автоматизированная гма контроля об аварийных остановках, являющаяся важнейшим эле-ом обеспечения безопасной эксплуатации и предотвращению аварийных аций на установках, связанных с исчезновением электроэнергии, нару-ш снабжения воздухом КИП, паром, при пожаре, разгерметизации обо-вания и т.д.

Характерной особенностью технологических процессов на АГПЗ-2 явля-наличие в сырьевом газе, поступающем на очистку и переработку на г, значительного количества сероводорода (24% об.). Наличие в сырье-газе H2S в таком значительном количестве, а также наличие на технологом оборудовании фланцев и соединений делает сероводород, в случае правностей или аварий, компонентом, способным образовывать токсич-концентрации, как локального характера, так и на значительной терри-и установок и даже промплощадки.

[ри превышении ПДК (3 мг/м3) предусматривается сигнализация ■овая и звуковая) на посты контроля оперативного технологического онала в операторную, в помещение газоспасательной службы, а также по уру зоны установки наружного оборудования, где была зафиксирована ячная концентрация.

'а наружных установках, связанных с сероводородосодержащим газом, усмотрен контроль сероводорода, на установке У-274 - контроль взры-асных концентраций углеводородов. Кроме контроля токсичной концен-ии сероводорода стационарными сигнализаторами предусматривается одический контроль переносными газоанализаторами, рамках создания второй очереди интеллектуальной системы экологиче-безопасности автором на основе результатов, полученных в главах 2 и зработана концептуальная модель базы знаний интеллектуальной систе-кологической безопасности. Важнейшим вопросом формирования базы кй является составление фактографической базы данных о потенциаль-источниках опасности. На АГПЗ существуют многочисленные опасности производственного персонала и окружающей среды, усугубленные уни-иым составом сырья. Необычайно высокое (около 20%) содержание вода в пластовом флюиде АГКМ делает его утечку чрезвычайно опасной, рассмотрении нештатных условий эксплуатации объектов газовой про-ленности следует различать аварии (события, приводящие к выбросу в жающую среду вредных веществ в таких количествах, которые могут ать массовые поражения людей) и аварийные ситуации (состояния объ-з, которые характеризуются нарушением эксплуатационных пределов гсловий безопасной эксплуатации, но не перешедшие в аварию).

Как показывает анализ работ, посвященных вопросам газовой безопасг сти на АГК, потенциальную опасность представляют строящиеся и эксшг тирующиеся скважины, сборные сети скважины УППГ, оборудован УППГ, транспортные системы УППГ-ГПЗ, а также все оборудование и т{ бопроводы ГПЗ, где обращается сероводородосодержащий газ.

В соответствии с результатами главы 3 для каждой гипотетической а! рии построены модели аварий, включающие в себя «дерево событий», т логическую структуру, описывающую причинно-следственные связи п взаимодействии оборудования, персонала и условий окружающей среды, есть элементов, обуславливающих отказ системы и модели принятия упрг ленческих решений при таких авариях. В рамках создания информационно обеспечения интеллектуальной системы экологической безопасности в I стоящее время разработан комплекс технических и организационных упра ленческих решений, направленных на предотвращение аварий, на защи трудящихся и населения региона от действия вредных веществ и ликвидавд возможных последствий если они, несмотря на принятые меры, будут утр жать жизни и здоровью людей.

Кроме того, в настоящее время для обеспечения экологической безош ности организованы:

• система аварийного оповещения;

• подразделения газоспасательной службы (ГСС) и их оснащение в обг мах, позволяющих осуществить профилактические, аварийные и спас тельные операции;

• план совместных действий предприятий, осуществляющих строительст и эксплуатацию объектов Астраханского газового комплекса, Астраха ской ВЧ и местных административных органов по обеспечению газов* безопасности промышленно-производственного персонала и населения случае аварии.

Основные результаты и выводы.

В диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи :

• разработана концепция создания информационного обеспечения сист< экологической безопасности;

• разработана функциональная структура региональной системы эколог ческой безопасности;

• разработан иерархический комплекс эколого-экономических модел экологического баланса в региональных системах «предприятия окружающая среда»;

• разработана методология построения информационно-советующих мог лей принятия решений по экологической безопасности при нечеткой эк логического информации;

шработаны функциональные требования, структурная схема и элементы :истемы экологической безопасности Астраханского газоперерабаты-

laiomero комплекса. '

i ..

1олученные в диссертации результаты использованы при создании про-интеллектуальной системы экологической безопасности. Расчёты по-гвают, что внедрение интеллектуальной системы экологической пасности АГК позволит вдвое понизить вероятность экологических >ий.

5 рамках создания первой очереди этой системы в настоящее время, correo со специалистами Московской Научно-производственной фирмы " >М", разработана система производственного экологического монито-а Астраханского газохимического комплекса, которая осуществляет мо-ринг уровня загрязнения атмосферы как в промышленной, так и в сани-о-защитной и жилой зонах. В системе ПЭМ установлен уникальный iop российского производства, измеряющий вертикальный профиль тем-туры воздуха, что позволяет с учётом данных от метеокомплекса суще-ш повысить точность прогнозирования распространения загрязнений в ае выбросов в атмосферу и повысить достоверность принимаемых реше-

'истема ПЭМ " Астраханьгазпром " сертифицирована Госстандартом РФ «стоящее время выдвинута на отраслевую премию Газпрома. Система i представлена и получила высокую оценку на международной выставке гссельдорфе в марте 1998 года.

icHOBiibie положения диссертации опубликованы в следующих 1тах:

елинский Б.И., Ярыгин Г. А. Модели принятия решений в интеллекту-тьных системах экологической безопасности. В сб.: Системы, методы эработки и анализа данных. Отв. Ред. С. С. Садьпсов. Ташкент, 1997. орнюшко В.Ф., Белинский Б.И., Кузин P.E., Ярыгин Г.А. Автоматизи-званная система радиационного и химического мониторинга ВНИИХТ. [атериалы международного конгресса "Экологические проблемы боль-их городов: инженерные решения". Москва, 1996, с.5-6. угинский Б. И., Бондаренко В. И., Ярыгин Г. А. Создание и внедрение хшзводственно-экологического мониторинга объектов РАО Газпром, [атериалы семинара технических директоров и главных инженеров РАО 13пром, 24-25 июня 1997 г„ ОАО Ямалнефтехимпроект. Москва, 1997. ушнский Б. И., Бондаренко В. И., Ярыгин Г. А. Система мониторинга •мосферы Астраханского Газоперерабатывающего Комплекса. Руково-ицие Технические Материалы научно-производственной фирмы ДИЭМ, осква. 1997 г.

jlinsky B.I. Astrakhan Gas - processing plant industrial monitoring system. 4VITEK-98. International exibition prospects, 2-6 March 1998, Dusseldorf.

Подписано к печати 20 марта 1998 г., заказ 29, тираж 100 экз. Издательско-полиграфический центр МИТХТ, г. Москва, просп. Вернадского, 86