автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка и создание информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги

На правах рукописи

□□3447819

Пиксайкин Роман Владимироьич до #

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕХОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ ЧЕРЕЗ АВТОМОБИЛЬНЫЕ И ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ

Специальность 05 11 16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (технические науки) (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

о 2 окт 2008

Москва - 2008

003447819

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И М Губкина

Научный руководитель

Доктор технических наук, профессор Ермолкин Олег Викторович

Официальные оппоненты

Доктор физ -мат наук, профессор Москалев Игорь Николаевич

Кандидат технических наук Кульков Анатолий Николаевич

Ведущая организация

ООО «Газпром добыча Уренгой»

Защита состоится « 27 » октября 2008 г в 15 ч на заседании диссертационного совета Д 212 200 09 в Российском государственном университете нефти и газа имени И М Губкина по адресу 119991, Российская Федерация, Москва, Ленинский проспект, 65, ауд 260_

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа имени И М Губкина

Автореферат разослан « 26 » сентября___2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212 200 09, кандидат технических наук ''~ Великанов Д.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Переходы магистральных газопроводов (МГ) через автомобильные и железные дорога явчяются одними из кришчных, с точки зрения безопасной эксплуатации, объектов газотранспортной системы в силу значительных давлений транспортир} смою газа (до 7,5 МПа) и взрывоопасности транспортируемой среды Диаметр МГ большинстве случаев составляет 1020-1420 мм, а количество трубопроводов, проложенных параллельно, достигает 10-12 шт Промышленный характер большинства регионов РФ определяет наличие разветвленной сети автомобильных и железных дорог и одновременно наличие большого количества газопроводов-отводов к населенным пунктам, предприятиям Данные факторы определяют обилие взаимных пересечений МГ с дорогами

Серьезной проблемой при эксплуатации магистральных газопроводов является обеспечение безопасности при эксплуатации переходов через электрифицированные железные дорога Здесь, в случае образования взрывоопасной концентрации газа, высока вероятность его воспламенения из-за искры, возникающей в токосъемнике проходящего локомотива, последствия которого могут быть катастрофическими (авария в Башкирии 4 июня 1989 г, когда в результате утечки из продуктопровода и последующего взрыва погибло более 500 человек) С ростом плотности транспортных потоков степень тяжести последствий при аварии возрастает

Причинами возникновения аварийных ситуаций на переходах магистральных газопроводов могут быть

- коррозионные повреждения газопровода,

- деформации, возтгеающие от температурных колебаний и смещения грунта, в котором располагается газопровод, карстовых процессов, а также от механических нагрузок на данный участок трубопровода, вызванных воздействиями от транспорта,

- утечка газа, как конечная стадия развития различных дефектов

В настоящее время одним из основных способов обеспечения промышленной безопасности объектов единой системы газоснабжения (ЕСГ) Российской Федерации является реализация методов периодического контроля информативных параметров опасного производственного объекта, являющихся «индикаторами» его технического состояния, и реализация корректирующих мероприятий (ремонтов, изменения режимов эксплуатации и др ) при их выходе за допустимые интервалы

Традиционному способу обеспечения промышленной безопасности, основанному на периодических выездах на объекты диагностических бригад, присущи следующие основные недостатки

-задержка от момента возникновения возможной неисправности до момента обнаружения и оповещения о ней эксплуатирующего персонала, населения и оперативных служб,

- возможность неверных заключений о техническом состоянии перехода из-за ошибок аналитика, обрабатывающего данные натурных измерений,

- возможность искажения информации из-за неверного применения методик измерения или из-за несвоевременности контроля метрологической исправности используемых средств измерений,

- отсутствие численных критериев оценки качества обеспечения промышленной безопасности, что может стимулировать недостатки, указанные выше

Целью настоящей диссертационной работы является разработка и создание информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги, позвотяющей

- повысить качество обеспечения промышленной безопасности переходов,

- существенно уменьшить влияние человеческого фактора на процессы обеспечения промышленной безопасности переходов,

- реализовывать автоматические процедуры анализа показателей качества обеспечения промышленной безопасности с передачей сводной информации в вышестоящую организацию,

-реализовывать функции оперативною оповещения эксплуатирующей организации, а также иных заинтересованных сторон о фактах неудовлетворительного технического состояния перехода

Основными задачами работы являются

- синтез общей структ\ ры информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги, интегрированной в процессы обеспечения промышленной безопасности переходов,

-разработка способа чистсшюи оценки показателей качества обеспечения промышленной безопасности переходов, основанного на методах теории распознавания образов,

- создание на основе современных технологий автоматических аппаратно-программных комплексов контроля информативных параметров переходов,

- анализ результатов промышленного внедрения информационно-измерительных снс1см обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги в ряде дочерних обществ ОАО «Газпром»

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения

Методы исследования. В работе применяются методы теории распознавания образов, математической статистики, теории систем автоматического управления При программной реализации предлагаемых принципов и алгоритмов использована теория реляционных баз данных, а также технологии объектно-ориентированного программирования

Научная новизна настоящей диссертационной работы заключается в том, что

1 Предложена научно-методическая основа синтеза и проектирования информационно-измерительных систем обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги, инвариантная к номенклатуре и количеству измеряемых информативных параметров, что позволяет проводить адаптацию системы в случае изменения свода нормативной документации по эксплуатации переходов

2 Предложен и обоснован способ численной оценки показателей качества обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги

3 Разработана структура информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов, инвариантная к номенклатуре и типу измеряемых параметров контролируемых объектов

4 На основе анализа массивов измерительной информации, полученной от созданных информационно-измерительных систем обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги, установленных на более чем 200 переходах, предложены способы выявления неисправностей на ранних стадиях и способы прогнозной оценки технического состояния на основе данных долговременных телеизмерений

5 Новизна предложенных технических решений подтверждена 7 патентами на изобретение и положительным решением о выдаче патента на изобретение

Практическая ценность работы:

На основе современных технологий создана информационно-измерительная система обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги с выпуском комплекта конструкторской и программной документации на серийное производство, проведен цикл опытно-промышленных испытаний, ведомственная приемка, получены сертификат соответствия, разрешение Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору РФ на применение системы на опасных

производственных объектах, 1 диплом выставки, системой оснащено более 200 переходов МГ через дороги в различных регионах РФ

Все установленные системы приняты в промышленную эксплуатацию и продолжают сбор и накопление информации о техническом состоянии переходов, которая может быть использована в дальнейшем при проведении исследований происходящих на данных объектах процессов за длительный интервал времени Установленные системы интегрированы в организационные процессы обеспечения промышленной безопасности переходов и с заданной периодичностью генерируют отчеты о техническом состоянии контролируемых переходов, коюрые представляются в вышестоящую организацию

Личный вклад автора

Все теоретические положения настоящей диссертационной работы получены лично автором

Автор принимал непосредственное участие в разработке концепции построения системы, схемотехники узлов и блоков системы, алгоритмов работы программного обеспечения, проведении натурных испытаний системы

Основные положения, выпоснмые па защиту:

1 Структура информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги, интегрировашюй в замкнутый цикл обеспечения промышленной безопасности, принятого в эксплуатирующих МГ организациях

2 Структура автоматического аппаратно-программного комплекса, устанавливаемого на переходах МГ через дороги

3 Способ численной оценки показателей качества обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги

4 Способ повышения достоверности обнаружения загазованности переходов с использовагагем методов резервирования первичных преобразователей

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях

1 VI научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», посвященная 75-летию Российского Государственного университета нефти и газа им И М Губкина, 2005

2. III Международная научно-техническая конференция «015С0М 2007», ВНИИГАЗ, г Москва, Россия, 10-13 апреля 2007 г

3 V Международная конференция «Актуальные проблемы промышленной безопасности' от проектирования до страхования», Городской центр экспертиз, г Санкт-Петербург, Россия, 6-7 июня 2007 г

4 V Отраслевая научно-производственной конференция «Техническое диагностирование трубопроводов и технологического оборудования объектов газотранспортных систем», г Яремче, Украина, 15 апреля 2008 г

5 VI Международная конференция «Актуальные проблемы промышленной безопасности от проектирования до страхования», 10-12 июня 2008 г

6 Научно-практическая конференция «Обеспечение эффективного функционирования Уренгойского нефтегазодобывающего комплекса», г Анапа, 26-28 мая 2008 г

Публикации.

По результатам исследований и разработок опубликовано 7 статей (в т ч 4 статьи в рецензируемых научных журналах), 4 тезиса докладов международных и российских научно-технических конференций, получено 7 патентов на изобретение и 1 положительное решение о выдаче патента на изобретение

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и содержит 144 страницы, включает 19 таблиц, 57 рисунков Список литературы включает 82 источника

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновываются актуальность работы, ее цели, решаемые задачи, отражены научная новизна и значимость результатов исследований

В первой г.мве на основе литературных данных проведен обзор конструктивных особешюстей переходов магистралыплх газопроводов через автомобильные и железные дороги, а также существующих способов обеспечения промышленной безопасности переходов, основатпгых па периодическом контроле информативных параметров, определенных в соответствующих разделах нормативной документации по эксплуатации переходов

Конструкция перехода машеграчьного газопровода через дорогу (рисунок 1) остается практически неизменной с 1885 г - в месте пересечения с железной дорогой газопровод коаксиальпо располагается в защитном футляре (кожухе) - трубе большего, чем газопровод, диаметра, предназначенной для его защиты от нежелательных воздействий механических нагрузок и отвода газа от дорога в случае его утечки Для обеспечения отвода газа переход оборудуется вытяжной свечой, сообщающейся с полостью между трубопроводом и защитным футляром

Действующая нормативная документация по технической эксплуатации магистральных газопроводов содержит элементы обеспечения их промышленной безопасности Например, ведомственный руководящий документ по эксплуатации магистральных газопроводов регламентирует проведение анализа воздушной среды из межтрубного пространства 1 раз в 6 мес Продолжение эксплуатации переходов с обнаруженными утечками газа не допускается

Рисунок 1 - Схема типового перехода МГ через железную дорогу

В диссертационной работе проведен анализ действующих нормативных документов, методик, способов оценки технического состояния, применяемых в процессе эксплуатации. Эти способы контроля определяют набор параметров и критерии отнесения перехода к одному из классов технического состояния -«исправное», «неисправное», «аварийное» и др. Одной из особенностей применения традиционно предлагаемых способов является сезонная привязка работ и большой интервал между обследованиями.

В последующих параграфах первой главы автором приводится краткий обзор современных первичных измерительных преобразователей, предназначенных для контроля информативных параметров переходов. Анализируются вопросы применимости тех или иных принципов преобразования в системе.

В заключении первой главы проводится обсуждение основополагающих недостатков существующих способов обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги.

Вторая глава диссертационной работы посвящена вопросам синтеза информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги

Постановка задачи синтеза ИИС включает в себя определение способов учета недостатков существующих методов обеспечения промышленной безопасности переходов, основанных на периодическом выезде на объекты диагностических бригад Предложенные в диссертации способы приведены в таблице 1

Таблица 1 - Способы устранения недостатков существующих методов

обеспечения промышленной безопасности переходов в предложенной ИИС

Недостатки существующих методов Способы устранения недостатков в предложенной системе

Задержка от момента возникновения неисправности до момента обнаружения и оповещения персонала Ввод в систему автоматических аппаратно-программных комплексов, устанавливаемых на переходах

Возможность искажения информации из-за неверного применения методик измерения Унификация конструктивного исполнения оборудования, устанавливаемого на переходах

Возможность искажения информации из-за несвоевременности контроля метрологической исправности средств измерений Унификация способов метрологической аттестации средств измерения, введение процедур автоматической проверки своевременности метрологической аттестации

Отсутствие численных критериев оценки качества обеспечения промышленной безопасности Введение процедур численной оценки показателей качества функционирования системы обеспечения промышленной безопасности

Возможность сокрытия инцидентов и фактов неудовлетворительного технического состояния Накопление всей поступающей информации в базе данных, персонификация квитирования тревожных сообщений, автоматическая отправка копий баз данных в вышестоящую организацию, автоматическая отправка тревожных сообщений в организацию, эксплуатирующую дорогу (а/д, ж/д)

- И -

Сформулированные в таблице 1 способы устранения недостатков существующих методов обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги во многом определяют структуру самой ИИС, синтез которой проводится в рамках второй главы. Структурная схема ИИС представлена на рисунке 2

Факторы воздействия

Переход МГ через дорогу

Показатель качества управления ПБ для передачи в вышестоящую организацию

иис

Физ воздействия

0(11,12)

Модуль измерения ВИП

Вторичный эталон единого времени

ВИП

Классификатор тех состояния

Модуль оценки качества управления промышленной безопасностью

Модуль хранения информации о допустимых значениях

С(1)

Корректирующие мероприятия

Оператор

т

Информация о техническом состоянии и рекомендации

Рисунок 2 - Структурная схема информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги

Техническое состояние перехода МГ через дорогу определяется набором диагностических признаков - физических величин, именуемых вектором информативных параметров (ВИП) перехода \У(1„)=(хьХ2 х„)т, который определяется как набор измеренных информативных параметров контролируемого перехода Х| хп в момент времени 1„

Допустимые значения ВИП перехода образуют в п-мерном пространстве состояний область допустимых значений С В случае принадлежности ВИП указанной области диагностируется исправное техническое состояние перехода

Оператор системы контроля переходов действует в соответствии с инструкцией по мониторингу переходов, где определен перечень мероприятий, которые он обязан предпринять в случае получения тех или иных сообщений системы Воздействуя на объект, оператор замыкает кольцо обеспечения промышленной безопасности перехода

Количество переходов, эксплуатируемых газотранспортными обществами, является весьма значительным - от сотен до тысяч в зависимости от насыщенности инфраструктуры региона транспортировки газа и количества обслуживаемых газопроводов Подобное количество одновременно контролируемых переходов определяет наличие огромных потоков информации об их состоянии Контроль качества обеспечения промышленной безопасности переходов осуществляется с использованием предложенного в настоящей диссертации способа оценки показателя качества обеспечения промышленной безопасности перехода Данный показатель индивидуален для каждого из переходов и передается в вышестоящую организацию

Задача оценки качества обеспечения промышленной безопасности перехода решается с использованием детерминистской теории распознавания образов, в рамках которой проводится распознавание технического состояния перехода, причем граница области допустимых значений дО вектора информативных параметров является границей раздела областей классификации технических состояний перехода «исправное» и «неисправное» В качестве меры сходства отсчета ВИП перехода и области допустимых значений в в предлагаемой в рамках диссертационной работы системе принимается евклидова норма в п-мерном пространстве состояний перехода

Таким образом, в разработанной системе показатель качества обеспечения промышленной безопасности определяется численно и является однозначной функцией измеряемых параметров, что исключает влияние человеческого фактора на вопросы оценки качества обеспечения промышленной безопасности

Использование предлагаемого способа оценки показателей качества обеспечения промышленной безопасности переходов позволяет провести синтез информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги более высокого уровня иерархии -уровня газотранспортного общества, эксплуатирующего одновременно сотни и тысячи переходов (рисунок 3) Из схемы видно, что аналитик вышестоящей организации оперирует в работе данными более высокого уровня абстракции, отражающими математическое обобщение качества обеспечения промышленной безопасности

I Переход 11

ИИС 1

| Переход 12

Оператор 1

| Переход 1Ы

-(311(11,12) . 0Ш(г1д2)

Переход 21

Переход 22

I Переход 2К

ИИС 2

Оператор 2

Переход М1

Переход М2

Переход МЬ

ИИСМ

Оператор М

Аналитик вышестоящей организации

12 соответствует текущему моменту времени,

интервал анализа качества (например, 1 нед)

Рисунок 3 - Обобщенная структурная схема информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги уровня газотранспортного общества

Сопоставление данных, получаемых от различных переходов, анализ действий различных операторов с реализацией консультационно-методической

обратной связи реализует мощный инструмент повышения качества обеспечения промышленной безопасности переходов

Математически показатель качества обеспечения промышленной безопасности перехода в диссертационной работе определяется как

г=П Уе > V )

где

Т - период поступления отсчетов ВИП от контролируемого объекта, С - область допустимых значений ВИП в п-мерном пространстве, у - точка, пробегающая всю область С (немой индекс), Ш(1') - значение ВИП на момент времени I,

Ь] ~ временной отрезок, на котором вычисляется показатель качества

Отдельный параграф второй главы посвящен решению важной проблемы, возникающей при синтезе и проектировании ИИС - определение и обоснование допустимых границ погрешностей измерения информативных параметров Допустимые границы погрешностей измерения определяют метрологические характеристики системы и существенно влияют на достоверность классификации технического состояния объекта по данным ИИС.

В последующем параграфе второй главы автор работы проводит синтез квазиоптимальной последовательности операций обработки информации в ИИС, включающий в себя два основных этапа На первом этапе происходит оценка достоверности по дополнительным признакам, присущим сигналам (диапазоны допустимых значений, цепи диагностирования целостности кабельных линий и др ), аналого-цифровое преобразование и преобразование в значения физических параметров с использованием градуировочных функций, полученных на этапе метрологической аттестации первичных преобразователей Таким образом, на выход процедур первого этапа обработки информации поступают оценки ВИП контролируемого объекта Основная функция процедур второго этапа обработки информации состоит в выработке

решения о техническом состоянии объекта на основе ВИП, полученного с выхода процедур первого этапа обработки информации

В заключительном параграфе второй главы автор проводит синтез структуры аппаратно-программного комплекса, размещаемого на переходе (АПК перехода) АПК перехода ИИС (рисунок 4) имеет модульную структуру и состоит из информационно-вычислительных устройств (ИВУ) каналов измерения компонентов ВИП перехода, терминала сбора и передачи информации и других узлов

4 Трубопровод

5 Преобразователь линейных деформаций

6 Электрод сравнения

Рисунок 4 - Структурная схема АПК перехода ИИС

Третья глава диссертационной работы посвящена проблемам построения информационных каналов ИИС, реализующих не зависящие от времени года и погодных условий измерение и передачу информации на сервер сбора информации диспетчерского пункта (ДП) В рамках третьей главы автор проводит синтез структуры ИВУ канала измерения концентрации насыщенных углеводородов, ИВУ канала измерения защитного потенциала и сопротивления труба-защитный футляр, а также ИВУ канала измерения линейных деформаций Также проведен синтез процедур синхронизации шкал времени аппаратно-программного комплекса перехода и сервера ДП

В отдельном параграфе рассмотрены вопросы построения канала связи аппаратно-программного комплекса перехода и сервера ДП Одним из исходных условий, учитываемых при выборе способа передачи информации от АПК перехода на сервер ДП является существенная территориальная разобщенность контролируемых переходов Сервер ДП размещается, как правило, на компрессорной станции (КС) МГ КС располагаются по трубопроводу с интервалом, как правило, 100-150 км (для газодобывающих обществ, расположенных в районах Крайнего Севера, данное расстояние может варьироваться более широко) Отмеченное выше расстояние делает затруднительным применение унифицированного в рамках всей ЕСГ РФ способа передачи информации, который должен сочетать высокую надежность и невысокую стоимость реализации Указанные выше факторы определили необходимость рассмотрения в рамках диссертационной работы нескольких вариантов организации каналов связи АПК перехода и сервера ДП -рассмотрены локальный и глобальный варианты построения канала связи, приведены достоинства и недостатки каждого из решений Проведена оценка энергетического потенциала радиолиний для каждого из вариантов каналов связи при работе на различных расстояниях

Четвертая глава диссертационной работы посвящена обсуждению результатов практического внедрения информационно-измерительных систем обеспечения промышленной безопасности переходов на объектах газотранспортной системы РФ, работе ИИС в различных эксплуатационных режимах на различных объектах, а также анализу эффективности выявления неисправностей на переходах с использованием данных системы

В рамках проведенных опытно-конструкторских работ реализована информационно-измерительная система (ИИС) обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги По состоянию на январь 2008 г системами контроля переходов оснащено более 200 переходов в различных регионах России Системы в целом показали устойчивый характер работы Подтверждена

работоспособность основных заложенных в системах технических решений. Получен ряд положительных отзывов эксплуатирующих систему организаций.

Ведомственные испытания системы были проведены в 2004 году. В качестве оснащаемого объекта был выбран переход МГ, эксплуатируемый в наиболее жестких условиях Крайнего Севера.

Испытания показали, что система реализует свои функции в полном объеме и работает без сбоев. После оценки результатов испытаний применение системы было признано целесообразным на ответственных переходах газопроводов через автомобильные и железные дороги.

Конструктивно АПК перехода выпускается в двух основных вариантах: надземного размещения в блок-боксе (рисунок 5) и подземного размещения в герметичном аппаратном контейнере (рисунок 6).

Характеристики обоих исполнений идентичны, поскольку используются однотипные информационно-вычислительные устройства. Вариант исполнения выбирается исходя из условий на местности.

Ряд разделов четвертой главы диссертационной работы посвящен анализу данных, полученных ИИС с реальных объектов за длительные интервалы времени. Оцениваются реально сложившиеся ситуации, в рамках которых на основе созданных систем были сделаны заключения о техническом состоянии, которые не могли быть получены с использованием традиционного способа

Рисунок 5 - АПК перехода в блок-боксе

Рисунок 6 - Герметичный аппаратный контейнер АПК перехода подземного исполнения

оценки технического состояния. Например, анализ динамики изменения концентрации газа в полостях вытяжных свеч переходов позволил в ряде случаев идентифицировать неисправные вытяжные свечи, проходное сечение которых частично или полностью закрыто посторонними предметами. На рисунке 7 приведены результаты долговременного контроля концентрации насыщенных углеводородов в пространстве вытяжной свечи одного из таких переходов.

Из рисунка видно, что с 10.08.2007 по 29.08.2007 наблюдается монотонный рост концентрации насыщенных углеводородов с 10 до 43 % от нижнего концентрационного предела воспламеняемости (НКПВ) газовоздушной смеси; 29.08.2007 концентрация резко упала до 3 %НКПВ, затем наблюдался аналогичный монотонный рост концентрации насыщенных углеводородов. Подобное поведение параметра привлекло внимание линейной эксплуатационной службы эксплуатирующей газопровод организации. Альтернативные измерения концентрации метана на переходе возле окончания вытяжной свечи показали отсутствие загазованности.

80 "

04.08.07 1 8.08.07 01.09.07 15.09.0? 29.0007 13.10.07 27.1007 10.11.07 24,11.07 08.12.07 22.12.07 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00 00:00:00

1

Рисунок 7 - График измерений концентрации насыщенных углеводородов в

полости вытяжной свечи перехода с неисправной вытяжной свечой

Детальный анализ состояния вытяжной свечи показал иаличие в ее полости постороннего предмета, затрудняющего циркуляцию воздуха. После удаление предмета, которое было проведено 8.09.2007, данные пришли в норму.

Отказы одного из трех первичных преобразователей концентрации насыщенных углеводородов с достаточной эффективностью определялись системой как на аппаратном уровне, так и па уровне процедур первого этапа обработки информации. В диссертации показано, что выход из строя одного из трех первичных преобразователей концентрации насыщенных углеводородов не приводит к значимым изменениям информационного сигнала концентрации.

Реализованные в системе процедуры первого этапа обработки информации показали также высокую эффективность работы созданной ИИС при проведении измерений значения разности потенциалов трубопровод-электрод сравнения в условиях действия блуждающих токов при контроле переходов через электрифицированные железные дороги.

Появление возможности телеизмерений разности потенциалов трубопровод-электрод сравнения существенно облегчило эксплуатирующему персоналу проведение оптимизации режимов защищенности трубопровода перехода от коррозии.

Контроль значений сопротивления утечки между трубопроводом и защитным футляром помимо решения задач классификации технического состояния в процессе эксплуатации подтвердил возможность выявления фактов низкого качества строительных работ. На рисунке 8 приведен начальный участок графика измерений сопротивления утечки между трубопроводом и защитным футляром, полученный с одного из переходов, расположенного в обводненном фунте при негерметичной манжете.

3 25 2

г

0

1 15

1

05 О

04 0607 06 08.07 08 08 07 10.08 07 12 08 07 1 4 08.07 16 08 07 18.08 07 20 08 07

00:00:00 0000:00 00:00 00 00:00:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00:00 00 00.00

Рисунок 8 - График измерений сопротивления утечки, полученный с одного из переходов, расположенного в обводненном грунте при негерметичной манжете

Из графика видно, что в течении 10 дней после завершения строительства (с 05.08 по 15.08) значение сопротивления утечки находилось в диапазоне допустимых значений (соответствует состоянию «отсутствие контакта»), далее произошло резкое падение сопротивления. Изучение ситуации на месте путем контрольной шурфовки перехода подтвердило наличие воды между трубопроводом и защитным футляром. Получение данной информации стало основанием для проведения корректирующих мероприятий - раскопки перехода и устранения негерметичности манжеты.

Таким образом, подтверждается работоспособность основных принципов, заложенных в ИИС и практическая значимость системы для эксплуатирующих переходы организаций.

Заключение содержит основные выводы по диссертационной работе, которые состоят в следующем

1) проведен синтез структуры информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги, интегрированной в процессы обеспечения промышленной безопасности переходов,

2) разработан способ численной оценки показателей качества обеспечения промышленной безопасности переходов, основанный на методах теории распознавания образов с использованием меры близости на базе евклидовой нормы и позволяющий проводить не зависящую от человеческого фактора оценку качества обеспечения промышленной безопасности переходов, что позволяет повышать уровень качества обеспечения промышленной безопасности,

3) на основе современных технологий создан автоматический аппаратно-программный комплекс контроля информативных параметров переходов с выпуском комплекта конструкторской и программной документации на серийное производство, получен сертификат соответствия, разрешение Ростехнадзора на применение, 7 патентов на изобретение, ряд положительных решений о выдаче патентов, 1 диплом выставки, системой оснащено более 200 переходов через дороги в различных регионах РФ,

4) проведен анализ результатов промышленного внедрения информационно-измерительных систем обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги в ряде дочерних обществ ОАО «Газпром» на основе массивов измерений, полученных от установленных на переходах систем

Отмеченные выше результаты позволили унифицировать решения по технической диагностике переходов и ее метрологического обеспечешы, уменьшить влияние человеческого фактора на процессы обеспечения промышленной безопасности переходов, существенно уменьшить время

получения эксплуатирующим персоналом информации о выходе информативных параметров переходов за область допустимых значений

Приложении содержат копии технической документации на ИИС обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги (в конструкторской документации система носит название «Система контроля переходов» (СКГ1) Приложение 1 содержит копию технических условий на СКП, зарегистрированных п Госстандарте РФ Приложение 2 содержит копию сертификата соответствия на СКП, приложение 3 - копию разрешения Федеральной службы экологического, технологического и атомного надзора РФ на применение СКГ1 на опасных производственных объектах

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 ВН Сивокош., ВР Олексейчук, С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин «Опыт применения систем контроля переходов магистральных газопроводов под автомобильными и железными дорогами в ООО «Лентрансгаз» - М Газовая промышленность, №1,2008

2 СФ Хомяков, А В Мостовой, РН Хасанов, РВ Пиксайкин «Системы контроля переходов МГ под автомобильными и железными дорогами» - М Газовая промышленное гь, №4, 2008

3 С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин «Система контроля переходов магистральных газопроводов через авто- и железные дороги» - М Газовая промышленность, №5, 2007

4 С В Власов, С А Егурцов РВ Пиксаикин «Разработка стационарной системы контроля переходов мапклральных газопроводов через дороги» -Нефть, газ и бизнес, №4,2007

5 С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксаикин «Параметрический мониторинг технического состояния переходов магистральных газопроводов через дороги и разработка стационарной системы для его реализации» -Трубопроводный транспорт, №3, 2007

6 РА Садртдинов, С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин «Автоматизированные сисгемы кошроля технического состояния пересечений магистральных газопроводов ООО «Тюментрансгаз» - М Оборудование и технологии для нефгмазового комичскса, №3, 2008

7 Н Г Петров, С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин «Концепция построения программною обеспечения автоматизированного рабочего места специалиста службы ЭХЗ» - М Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса, №4, 2008

8 И И Губанок, В В Салюков, С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин «Стационарная система контроля переходов трубопроводов через дороги» - М тезисы докладов 6-ои научно-технической конференции

«Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», посвященной 75-летию Российского Государственного университета нефти и газа им И М Губкина, 2005

9 С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин «Создание и промышленная эксплуатация стационарных систем параметрической диагностики производственных объектов ОАО «Газпром» - М тезисы докладов III Международной научно-технической конференции «ТЖСОМ 2007», 10-13 апреля 2007г, ВНИИГАЗ

10 Р В Пиксайкин «Создание и промышленная эксплуатация стационарных систем мониторинга безопасности переходов магистральных газопроводов через авто- и железные дороги» - С Пб Тезисы V международной конференции «Актуальные проблемы промышленной безопасности от проектирования до страхования», 2007 г

11 РВ Пиксайкин «Опыт внедрения автоматизированных систем обеспечения промышленной безопасности объектов транспорта газа» - С Пб Тезисы VI международной конференции «Актуальные проблемы промышленной безопасности от проектирования до страхования», 2008 г

12 Патент РФ на изобретение №2308641 «Система для контроля технического состояния магистрального газопровода с устройством катодной защиты» авт С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин и др

13 Патент РФ на изобретение №2315230 «Система для контроля утечки газа из магистрального газопровода» авт С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин и др

14 Патент РФ на изобретение №2317471 «Система для наблюдения за состоянием опасного участка магистрального газопровода» авт С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин и др

15 Патент РФ на изобретение №2317479 «Способ диагностики технического состояния пары магистральный трубопровод-защитный патрон» авт С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин и др

16 Патент РФ на изобретение №2317481 «Способ контроля утечки газа из технологического объекта» С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин и др

17 Патент РФ на изобретение №2264578 «Система контроля перехода трубопровода с устройством катодной защиты под авто- и железными дорогами» авт С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин и др

18 Патент РФ на изобретение №2286558 «Способ прогнозирования аварийного технического состояния магистрального трубопровода» авт С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин и др

19 Положительное решение по заявке на выдачу Патента РФ №2007102912 «Аппаратура для измерения линейных деформаций магистрального трубопровода» авт С В Власов, С А Егурцов, Р В Пиксайкин и др от 10 02 2008 г

Подп к печати 23 сентября 2008 г Объем 1,5 п ч Заказ № 320 Тираж 100 экз

Типография Управления «Реалпроект» 119526, г Москва, пр-т Вернадского, д 93 корп 1 Гел 433-12-13

Термины и определения.

Обозначения и сокращения.

Введение.

Глава 1 Обзор технических решений, используемых при обеспечении промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги.

1.1 Конструктивные особенности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги.

1.2 Мероприятия по обеспечению промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги.

1.3 Методики оценки технического состояния переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги. Определение контролируемых информативных параметров.

1.3.1 Утечка транспортируемого продукта.

1.3.2 Механические напряжения трубопровода перехода.

1.3.3 Разность потенгщалов между трубопроводом н электродом сравнения.

1.3.4 Сопротивление утечки между трубопроводом и защитным футляром.

1.4 Анализ первичных измерительных преобразователей.

1.4.1 Первичные преобразователи концентрации насыщенных углеводородов.

1.4.2 Первичные преобразователи механических напряжений.

1.4.3 Первичные преобразователи разности потенциалов между трубопроводом и электродом сравнения.

1.4.4 Первичные преобразователи сопротивления между трубопроводом и защитным футляром.

1.5 Анализ существующих способов обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги.

1.6 Выводы.

Глава 2 Синтез информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги.

2.1 Постановка задачи синтеза информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через дороги.

2.2 Структурный синтез информационно-измерительной системы обеспечения промышленной 61 зопасности переходов магистральных газопроводов через доро! и.

2.3 Синтез модуля оценки качества обеспечения промышленной безопасности перехода магистрального газопровода.

2.4 Определение допускаемой погрешности измерений информативных параметров.

2.4.1 Определение допускаемой погрешности измерения концентрации метана в полости между трубопроводом и защитным футляром.

2.4.2 Определение допускаемой погрешности измерения линейных деформаций трубопровода.

2.5 Определение квазиоптимальной последовательности операций обработки информации в информационно-измерительной системе обеспечения промышленной безопасности переходов.

2.6 Синтез структуры аппаратно-программного комплекса перехода.

3 Построение информационных каналов информационноизмерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через дороги.

3.1 Построение информационного канала измерения концентрации насыщенных углеводородов.

3.2 Построение информационного канала измерения разности потенциалов между трубопроводом и электродом сравнения и сопротивления утечки между трубопроводом и защитным футляром.

3.3 Построение информационного канала измерения линейных деформаций.

3.4 Синтез процедур синхронизации шкал времени аппаратно-программного комплекса перехода и сервера диспетчерского пункта

3.5 Синтез процедур обработки информации.

3.6 Построение канала связи аппаратно-программного комплекса перехода и сервера диспетчерского пункта.

3.6.1 Постановка задачи и вводные замечания.

3.6.2 Построение канала связи локального покрытия.

3. б.3 Построение канала связи глобального покрытия.

3.6.4 Расчет энергетических параметров радиолинии.

Глава 4 Результаты промышленного внедрения информационно-измерительной и управляющей системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги.

4.1 Особенности внедрения систем контроля переходов и варианты конструктивного исполнения.

4.2 Результаты контрой концентрации насыщенных углеводородов.

4.3 Результаты контроля разности потенциа юв между трубопроводом и электродом сравнения.

4.4 Результаты контроля сопротивления у-ьзчки между трубопроводом и защитным футляром.

4.5 Результаты контроля линейных деформаций трубопроводов переходов.

Газовая отрасль России является одной из важнейших отраслей топливно-энергетического комплекса страны и в значительной степени определяет ее национальную безопасность. Основополагающие задачи, которые ставит общество перед отраслью — бесперебойное газоснабжение населения и промышленных объектов с одновременным обеспечением социально приемлемого уровня всех видов рисков, наличие которых неизбежно в силу свойств транспортируемой среды [18, 19].

В настоящее время и в перспективе до середины XXI века главной газодобывающей базой страны являются регионы Западной Сибири. Основные разрабатываемые месторождения природного газа - Медвежье, Уренгойское, Ямбургское, Песцовое, Заполярное - располагаются в Надым-Пур-Тазовском регионе, поэтому исключительно важным для Российской Федерации является обеспечение надежной и бесперебойной транспортировки природного газа к местам потребления (в том числе в рамках выполнения обязательств по экспортным поставкам газа), осуществляемой по не имеющей аналогов в мире Единой системе газоснабжения (ЕСГ) РФ. Основой ЕСГ являются сложные комплексы инженерных сооружений, обеспечивающие транспортировку всего добываемого в стране газа. На рисунке 1 представлены основные газодобывающие регионы России в XXI веке.

Единая система газоснабжения страны сооружена и эксплуатируется в экстремальных природных условиях, определяемых исключительно суровым климатом северных регионов (продолжительном периоде с отрицательными температурами воздуха до 9 месяцев в году; сильных ветрах и большом количестве дней с метелями; значительных температурных перепадах - до 90100 °С между летом и зимой при абсолютных минимумах температуры ниже -60 °С). На рисунке 2 приведена карта России, на которой согласно [2] отмечены регионы с холодным климатом.

Шельф Баренцева. Карского и Печорского морей

Полуострова Ямал Гыдан и Тазовский с пр1«егающими <»4 территориями .•'•Ц.-ч,

V * V Дальневосточный Ф0 4 к -О

1-- , V УШ Уральским ФО ^ «О -л^олАкикФО дат»-; - Г"; . -

Рисунок I - Газодобывающие регионы России в XXI веке

Рисунок 2 - Регионы России с холодным климатом

Газовые месторождения полуострова Ямал с прилегающими территориями (на рисунке отмечены кругом) относятся к регионам с холодным климатом.

Требования, предъявляемые Обществом к безопасности функционирования ЕСГ РФ опред показателям надежности и шяют допустимый уровень социальных и техногенных рисков, неизбежно возникающих при эксплуатации

1 / всех ее компонентов, поэтому обеспечение промышленной безопасности объектов ЕСГ представляет собой актуальную научно-техническую проблему, I входящую в «Перечень приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2006-2010 годы» [20].

В настоящее время основным средством доставки газа потребителям являются подземные стальные магистральные газопроводы (МГ) диаметром до 1420 мм. Эксплуатация ряда МГ осуществляется в сложных условиях периодического промерзания-оттаивания грунтов и существенных механических нагрузок, связанных с температурными перепадами.

В последнее время внимание мировой общественности притягивают проблемы изменения климата, которые в ряде регионов выражаются как повышение среднегодовых температур с одновременным ростом температурной динамики в рамках годовых наблюдений. Рядом исследований отмечено, что данные изменения более ярко выражены в северных регионах [22]. Наличие отклонений от устоявшейся многолетней динамики температурных режимов ведет к изменению характеристик процессов промерзания-оттаивания грунтов.

Проведение точных инженерных расчетов возникающих изменений невозможно в силу сложности происходящих в грунте процессов, а их математическое моделирование представляет собой крайне сложную задачу. Поэтому в настоящее время одним из основных способов обеспечения промышленной безопасности объектов ЕСГ является реализация методов периодического измерительного контроля информативных параметров опасного производственного объекта, являющихся «индикаторами» его технического состояния, и реализацией корректирующих мероприятий (ремонтов, изменения режимов эксплуатации и др.) при их выходе за допустимые интервалы.

Организационные мероприятия по обеспечению промышленной безопасности производственных объектов предусматриваются в той или иной форме во всех отраслевых стандартах предприятий, осуществляющих эксплуатацию объектов повышенной опасности, однако зачастую такие мероприятия имеют обобщенный декларативно-административный характер, а отсутствие четких критериев оценки показателей качества обеспечения промышленной безопасности не позволяет проводить объективный анализ эффективности реализуемых мероприятий - обычно оценивается качество реализованной на предприятии системы обеспечения промышленной безопасности путем проверки ее соответствия требованиям стандартов [23], а не качество обеспечения промышленной безопасности конкретных объектов. Проводится проверка протоколов измерений параметров, связанных с безопасностью, наличия свидетельств о метрологической аттестации измерительного оборудования, квалификации персонала. К сожалению, проверка действий конкретных работников на объектах, как правило, невозможна, а протокол измерений параметров может по ряду причин не соответствовать реальности.

Одной из причин подобного положения является отсутствие критериев численной оценки показателей качества обеспечения промышленной безопасности производственных объектов по результатам анализа поступающей измерительной информации.

Связь числа зафиксированных инцидентов на опасных производственных объектах в единицу времени с качеством обеспечения промышленной безопасности имеет косвенный характер и не учитывает граничные случаи, характеризующиеся приближением к предельному состоянию, поскольку практика показывает, что эксплуатирующий персонал обычно не заинтересован в открытии данной информации.

В последнее время в государствах с развитыми сетями газоснабжения и газораспределения наблюдается рост внимания к проблемам безопасной эксплуатации МГ, иллюстрацией чего служит доклад Главного бюджетноконтрольного управления США Конгрессу от сентября 2006 г., в котором отмечается, что «текущее состояние обеспечения промышленной безопасности магистральных газопроводов, расположенных вблизи от густонаселенных районов, приносит пользу общественной безопасности, но качество данного обеспечения должно быть улучшено», что мотивируется большим количеством газопроводов, расположенных поблизости от населенных районов вкупе со значительным количеством обнаруживаемых неисправностей (по данным эксплуатирующих организаций), из чего вытекает повышенные уровни рисков возникновения инцидентов, несовместимые с относительно высоким качеством жизни в современном обществе [25]. В схемах процессов обеспечения безопасной эксплуатации МГ США также четко прослеживаются элементы структуры обеспечения промышленной безопасности, основанной на периодических измерениях [25, 50].

Одними из наиболее критичных, с точки зрения безопасной эксплуатации, объектов газотранспортной системы являются участки сближения и пересечения МГ с дорогами различного типа и назначения. Промышленный характер большинства регионов РФ определяет наличие разветвленной сети автомобильных и железных дорог и большого количества газопроводов-отводов к населенным пунктам, предприятиям, объектам теплоэнергетики. Данные факторы определяют обилие взаимных пересечений МГ с дорогами [52, 79].

Причинами возникновения аварийных ситуаций на переходах магистральных газопроводов могут быть:

- коррозионные повреждения газопровода [14, 15, 47];

- деформации, возникающие от температурных колебаний и смещения грунта, в котором располагается газопровод, карстовых процессов, а также от механических нагрузок на данный участок трубопровода, вызванный воздействиями от транспорта [22, 46, 48];

- утечка газа, как следствие развития различных дефектов [10-12].

Серьезной проблемой при эксплуатации магистральных газопроводов является обеспечение безопасности при эксплуатации переходов через электрифицированные железные дороги. Здесь, в случае образования взрывоопасной концентрации горючих газов, высока вероятность воспламенения из-за искры, возникающей в токосъемнике проходящего локомотива, последствия которого могут быть катастрофическими (авария в Башкирии 4 июня 1989 г., когда в результате утечки из продуктопровода и последующего взрыва погибло более 500 человек [63]). С ростом плотности транспортных потоков вероятность тяжелых последствий при аварии возрастает.

Одним из способов повышения качества обеспечения промышленной безопасности производственных объектов является реализация мероприятий, направленных на уменьшение влияния человеческого фактора на процессы измерения параметров, связанных с безопасной эксплуатацией.

Отмеченные выше положения определяют высокую актуальность разработки на основе современных технологий информационно-измерительных систем (ИИС) обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги, осуществляющих не зависящий от времени суток и погодных условий автоматический контроль информативных параметров, связанных с безопасной эксплуатацией, а также содержащих встроенные средства оценки показателей качества обеспечения промышленной безопасности.

Целью настоящей работы является разработка и создание информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги, позволяющей:

- повысить качество обеспечения промышленной безопасности переходов;

- существенно уменьшить влияние человеческого фактора на процессы обеспечения промышленной безопасности переходов;

- реализовать автоматические процедуры анализа показателей качества обеспечения промышленной безопасности с передачей сводной информации в вышестоящую организацию.

Основными задачами работы являются:

- синтез общей структуры информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги, интегрированной в процессы обеспечения промышленной безопасности переходов;

- разработка способа численной оценки показателей качества обеспечения промышленной безопасности переходов, основанного на методах теории распознавания образов;

- создание на основе современных технологий автоматических аппаратно-программных комплексов контроля информативных параметров переходов;

- внедрение информационно-измерительных систем обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги в ряде дочерних обществ ОАО «Газпром» и анализ результатов их эксплуатации.

Решение задач настоящей диссертационной работы осуществлялось автором в рамках цикла НИОКР. Результаты работ внедрены в крупных газотранспортных и газодобывающих обществах РФ - ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург», ООО «Газпром трансгаз Чайковский», ООО «Газпром трансгаз Югорск», ООО «Газпром трансгаз Ставрополь», ООО «Газпром добыча Уренгой» [35-37, 77, 80]. Технические решения по привязке систем контроля переходов к строящимся и реконструируемым объектам разрабатывались проектными организациями ОАО «Гипроспецгаз», ООО «Центр комплексного проектирования», ЗАО «Санкт-Петербургский институт теплоэнергетики», ООО «Проектнефтегаз», ООО «Проектно-строительное управление», ОАО «Гипродорнии», ОАО «НИПИгазпереработка» и др. при непосредственных консультациях автора настоящей диссертации. На различных этапах автор принимал активное участие/ во всех отмеченных выше I работах как исполнитель. '

Разработанная система имеет сертификат соо гветствия в системе ГОСТ Р и разрешение Федеральной службы экологического, технологического и атомного надзора РФ на применение на опасных производственных объектах. Оснащение переходов осуществляется в соответствии с Регламентом, утвержденным ОАО «Газпром» и устанавливающим единые корпоративные правила выполнения работ по установке и эксплуатации системы. Изготовление систем осуществляется в соответствии с техническими условиями, согласованными ОАО «Газпром», ООО «ВНИИГАЗ» и Госстандартом РФ [39].

Практический опыт внедрения подтвердил, что информационно-измерительную систему обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги невозможно рассматривать отдельно от существующих процессов, связанных с обеспечением безопасной эксплуатации объектов транспорта газа, поскольку ее функционирование немыслимо без глубокой интеграции в существующие производственные процессы (очевидно, что при возникновении неисправностей на переходах, система не способна самостоятельно осуществлять компенсационные мероприятия, т.е необходимо участие персонала).

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Перед началом изложения приводятся список используемых терминов и определений, а также список основных обозначений и сокращений.

1.6 Выводы

Проведенный обзор показал, что в настоящее время существуют четкие критерии классификации технического состояния переходов МГ через автомобильные и железные дороги. Также существуют первичные преобразователи информативных параметров переходов, необходимых для проведения классификации их технического состояния. Реализована и действует замкнутая система обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через автомобильные и железные дороги, основанная на периодических выездах на объект диагностических бригад, проведении измерений информативных параметров, их обработке в ручном режиме и выработке корректирующих мероприятий, направленных на контролируемый переход.

Существующая система обеспечения промышленной безопасности переходов МГ обладает рядом недостатков:

- наличие существенных временных задержек при передаче информации между функциональными узлами;

- существенная роль человеческого фактора на всех этапах преобразования информации;

- отсутствие четких математических критериев оценки качества обеспечения промышленной безопасности;

- алгоритмы классификации технического состояния переходов на основе данных измерений распределены по различным нормативным документам;

- измерения различных информативных параметров могут проводиться в различное время и с различной периодичностью, хранение результатов измерений осуществляется в различных местах, как правило, в виде бумажных отчетов, резервное копирование не осуществляется.

Необходимо подчеркнуть, что при возникновении утечки газа задержка принятия решения по выводу объекта в ремонт может достигать 6 мес. За столь длительный срок не исключается прогрессирование неисправности, что может инициировать аварийную ситуацию [63].

Глава 2. Синтез информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги

2.1 Постановка задачи синтеза информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через дороги

Отмеченные в первой главе настоящей диссертационной работы основополагающие недостатки существующей системы обеспечения промышленной безопасности переходов МГ через дороги определяют необходимость их максимально полного устранения средствами информационно-измерительной системы (ИИС).

В таблице 2.1 приведены недостатки существующих методов обеспечения промышленной безопасности переходов и способы их устранения, которые реализуются в рамках предложенной ИИС.

Заключение

В настоящей диссертационной работе на основе осуществленных автором исследований проведена разработка и создание информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги, а также получено практическое решение важной научно-технической проблемы обеспечения безопасности переходов магистральных газопроводов ЕСГ РФ через автомобильные и железные дороги.

В рамках обозначенной проблематики получены следующие основные теоретические и практические результаты:

1) проведен синтез структуры информационно-измерительной системы обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги, интегрированной в процессы обеспечения промышленной безопасности переходов;

2) разработан способ численной оценки показателей качества обеспечения промышленной безопасности переходов, основанный на методах теории распознавания образов с использованием меры близости на базе евклидовой нормы и позволяющий проводить не зависящую от человеческого фактора оценку качества обеспечения промышленной безопасности переходов, что позволяет повышать уровень качества обеспечения промышленной безопасности;

3) на основе современных технологий создана информационно-измерительная система обеспечения промышленной безопасности переходов МГ с выпуском комплекта конструкторской и программной документации на серийное производство, получен сертификат соответствия, разрешение Ростехнадзора на применение, 7 патентов на изобретение, ряд положительных решений о выдаче патентов, 1 диплом выставки; системой оснащено более 200 переходов через дороги в различных регионах РФ;

4) проведен анализ результатов промышленного внедрения информационно-измерительных систем обеспечения промышленной безопасности переходов магистральных газопроводов через автомобильные и железные дороги в ряде дочерних обществ ОАО «Газпром» на основе массивов измерений, полученных от установленных на переходах систем.

Отмеченные выше результаты позволили унифицировать решения по технической диагностике переходов и ее метрологического обеспечения, уменьшить влияние человеческого фактора на процессы обеспечения промышленной безопасности переходов, существенно уменьшить время получения эксплуатирующим персоналом информации о выходе информативных параметров переходов за область допустимых значений.

Все установленные системы приняты в промышленную эксплуатацию и продолжают накопление информации о техническом состоянии переходов, которая может быть использована в дальнейшем в научных исследованиях происходящих на данных объектах процессов.

1. ГОСТ 14254-96 «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код 1Р)» М.: ИПК Издательство стандартов.

2. ГОСТ Р 51330.9-99 «Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 10. Классификация взрывоопасных зон» М.: ИПК Издательство стандартов.

3. ГОСТ Р 51330.19-99 «Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования» М.: ИПК Издательство стандартов.

4. ГОСТ Р 51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии» М.: ИПК Издательство стандартов.

5. ГОСТ 9.602-89 «Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии» М.: ИПК Издательство стандартов.

6. СНиП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы».

7. СП 109-34-97 «Свод правил по сооружению переходов под автомобильными и железными дорогами»: М., ИРЦ «Газпром», 1998, 64 с.

8. Правила охраны магистральных газопроводов М.: ФГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора РФ».

9. ВРД-39-010-006-2000 «Правила технической эксплуатации магистральных газопроводов».

10. Инструкция по внутритрубной инспекции трубопроводных систем -М.: ИРЦ Газпром, 1997.

11. ПУЭ «Правила устройства электроустановок» М.: Энергосервис,2002.

12. Федеральный закон от 21.12.1994 №68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера».

13. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 № 116-ФЗ.

14. Перечень приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2006-2010 годы. М.: ИРЦ Газпром, 2005.21. «Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ» М.: КНИЦ МО РФ, 2002.

15. Н.В. Кобышева «Погодно-климатическая безопасность в технической сфере» С.Пб.: Тезисы V международной конференции «Актуальные проблемы промышленной безопасности: от проектирования до страхования», 2007 г.

16. Occupational health and safety management systems — Specification — OHSAS 18001:1999.

17. Г.Ф. Зайцев «Теория автоматического управления и регулирования» -Киев, «Быща школа», 1988.

18. А.К. Кутай, Г.З. Файнштейн «Об оценке резко выделяющихся наблюдений» Измерительная техника, 1967, №1, с. 17-19.

19. Сертификат соответствия №РОСС RU.rB06.B00102 «Система контроля переходов трубопроводов СКП21. Серийный выпуск» от 11.07.2005.

20. Патент РФ на изобретение №2286558. «Способ прогнозирования аварийного технического состояния магистрального трубопровода» авт. C.B. Власов, С.А. Егурцов, Р.В. Пиксайкин и др.

21. Патент РФ на изобретение №2264578. «Система контроля перехода трубопровода с устройством катодной защиты под авто- и железными дорогами» авт. C.B. Власов, С.А. Егурцов, Р.В. Пиксайкин и др.

22. Патент РФ на изобретение №2308641 «Система для контроля технического состояния магистрального газопровода с устройством катодной защиты» авт. C.B. Власов, С.А. Егурцов, Р.В. Пиксайкин и др.

23. Патент РФ на изобретение №2205417 «Многоканальный приемоиндикатор спутниковых радионавигационных систем» авт. Р.В. Пиксайкин, И.В. Хожанов и др.

24. Патент РФ на изобретение №2195685 «Приемник аппаратуры потребителей сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем» авт. Р.В. Пиксайкин, И.В. Хожанов и др.

25. Ту Дж., Гонсалес Р. «Принципы распознавания образов» М.: Мир,1978.

26. Положительное решение по заявке на выдачу Патента РФ №2007102912 «Аппаратура для измерения линейных деформаций магистрального трубопровода» авт. C.B. Власов, С.А. Егурцов, Р.В. Пиксайкин и др. от 10.02.2008 г.

27. ТУ 4217-021-70183090-05 «Система контроля переходов магистральных газопроводов через дороги. Технические условия» М.: 2005.

28. C.B. Власов, С.А. Егурцов, Р.В. Пиксайкин «Параметрический мониторинг технического состояния переходов магистральных газопроводов через дороги и разработка стационарной системы для его реализации» -Трубопроводный транспорт, №3, 2007.

29. Р.В. Пиксайкин, И.В. Хожанов, М.Н. Баюк «Концепция построения унифицированного ряда навигационно-связных комплексов для управления наземным транспортом» Информационные технологии, №5, 2001.

30. И.И. Губанок, В.В. Салюков, A.B. Хороших, А.Н. Дудов, C.B. Власов, С.А. Егурцов «Система инструментального мониторинга промышленной безопасности (СИМ! Lb) технологических объектов» М.: Газовая промышленность, 09.2004, с. 82-83.

31. Г.Б. Белоцерковский «Основы радиотехники и антенны». М.: Советское радио, 1969.

32. The Design and Implementation of the FreeBSD Operating System. Marshall Kirk McKusick and George V. Neville-Neil, Addison Wesley Professional, August, 2004.

33. Э. Гешвинде, Г-Ю. Шениг. «PostgreSQL. Руководство разработчика и администратора» М.: 2002.

34. Н. Нидхем, М.Хоу «Почему рвутся газовые коллекторы»: УДК 622.691:486.05

35. Дж. Лирли «Причины коротких замыканий между защитными кожухами и трубопроводами»: УДК 622.692.4.076:620.197.

36. K.M. Гумеров, Е.В. Иганова, В.В. Заворыкин, А.Н. Москалев «Оценка усталостной прочности незащищенных переходов газонефтепроводов через автомобильные дороги»: УДК 622.692.4.074.

37. О.Б. Плужников «Ремонт защищенных патронов (кожухов) на переходах трубопроводов под железными и шоссейными дорогами»: УДК 622.692.4.004.650. «Tennessee Gas rehabilitates sections of original line» Pipe line industry, №7, 1988.

38. Разрешение № PPC 00-17579 на применение системы контроля переходов СКП21 во взрывозащищенном исполнении от 26.08.2005.

39. В.Н. Сивоконь, В.Р. Олексейчук, C.B. Власов, С.А. Егурцов, Р.В. Пиксайкин «Опыт применения систем контроля переходов магистральных газопроводов под автомобильными и железными дорогами в ООО «Лентрансгаз» М.: Газовая промышленность, №1, 2008.

40. MODBUS over Serial Line. Specification & Implementation guide.

41. ANSI/TIA/EIA-485-A-1998. Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems.

42. P. Profos. Handbuch der industriellen messtechnik. Vulkan-Verlag-Essen.

43. ETSI GSM Phase 2 / Phase 2+ Technical Standards

44. H.H. Давиденков «Струнный метод измерения деформаций» М.: Гостехиздат, 1933 г.

45. B.C. Кравченко «Воспламеняемость различных газопаровоздушных взрывчатых сред, их классификация по воспламеняемости от электрических разрядов» М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1964.

46. М.И. Жодзишский, С.Ю. Сила-Новицкий и др. «Цифровые радиоприемные системы: Справочник» М.: Радио и связь, 1990 — 208 с.

47. A.A. Гоник «Уроки экологической катастрофы» М.: Энергия, №6,1999.

48. Патент РФ на изобретение №2205513 «Способ передачи информации» от 27.05.2003 г. авт. В.А. Никитин, В.П. Панов и др.

49. Патент РФ на изобретение №2205514 «Система передачи информации» от 27.05.2003 г. авт. В.А. Никитин, В.П. Панов и др.

50. Положительное решение по заявке на выдачу Патента РФ №2001104277 «Способ передачи информации по трубопроводу» от 27.03.2003 г.

51. Положительное решение по заявке на выдачу Патента РФ №99108710 «Трубопроводная система связи» от 10.02.2001 г.69. «QUALCOMM Globalstar GSP-1620 Satellite Packet Data Modem Product Specification» QUALCOMM Inc., 2007.

52. ГОСТ 8.207-76 «Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений» М.: СтандартИнформ, 2006.

53. В.Д. Кукуш «Электрорадиоизмерения» М.: Радио и связь, 1985.72. «AD7714 3 V/5 V, CMOS, 500 mA Signal Conditioning ADC» - Analog Devices Inc., 1998.73. «AD780 2.5 V/3.0 V High Precision Reference» - Analog Devices Inc.,2004.

54. Г.Я. Мирский «Электронные измерения» M.: Радио и связь, 1986.

55. P.A. Садртдинов, C.B. Власов, С.А. Егурцов, Р.В. Пиксайкин «Автоматизированные системы контроля технического состояния пересечений магистральных трубопроводов ООО «Тюментрансгаз» М.: Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса, №3, 2008 г.

56. P.B. Пиксайкин «Вопросы обеспечения помехоустойчивости навигационной аппаратуры потребителей сигналов спутниковых навигационных систем» М.: тезисы 8-й всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов, 2000.

57. С.Ф. Хомяков, A.B. Мостовой, Р.Н. Хасанов, Р.В. Пиксайкин «Системы контроля переходов МГ под автомобильными и железными дорогами» М.: Газовая промышленность, №4, 2008.

58. C.B. Власов, С.А. Егурцов, Р.В. Пиксайкин «Система контроля переходов магистральных газопроводов через авто- и железные дороги» М.: Газовая промышленность, №5, 2007.

59. ГОСТ Р 51330.0-99 «Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 1. Общие требования» М.: ИПК Издательство стандартов.

60. Патент США на изобретение №314089 «System for the protection of railroad-tracks and gas-pipe lines» G. Westinghouse, 17.03.1885.