Содержание к диссертации
Введение
1. Текущее состояние проблемы метрологической экспертизы и метрологического обслуживания информационно-измерительной техники для управления промышленной безопасностью и сроком службы газораспределительных станций в топливно-энергетических отраслях . 31
2. Создания матрицы исходных данных для системы метрологической экспертизы информационно- измерительных и управляющих систем, для мониторинга и управления безопасностью газораспределительных станций. 72
3 Разработка критериев качества метрологической экспертизы информационно-измерительных и управляющих систем, применяемых для мониторинга и управления безопасностью газораспределительных станций . 105
4. Условия метрологической экспертизы и метрологического обслуживания интегральной измерительной системы параметров процесса деградации служебных свойств технологических элементов и оборудования газораспределительных станций .
Заключение и выводы. 154
Список использованных источников. 157
Приложение 1. Акты о внедрении. 169
- Текущее состояние проблемы метрологической экспертизы и метрологического обслуживания информационно-измерительной техники для управления промышленной безопасностью и сроком службы газораспределительных станций в топливно-энергетических отраслях .
- Создания матрицы исходных данных для системы метрологической экспертизы информационно- измерительных и управляющих систем, для мониторинга и управления безопасностью газораспределительных станций.
- Разработка критериев качества метрологической экспертизы информационно-измерительных и управляющих систем, применяемых для мониторинга и управления безопасностью газораспределительных станций
- Условия метрологической экспертизы и метрологического обслуживания интегральной измерительной системы параметров процесса деградации служебных свойств технологических элементов и оборудования газораспределительных станций
Введение к работе
В настоящее время в атомной, газовой, химической и смежных с ними отраслях промышленности наметилась тенденция на улучшения метрологического обслуживания программно управляемых аппаратных средства для мониторинга и обеспечение безопасности различных потенциально опасных промышленных объектов.
Газовая отрасль России является одной из важнейших для решения энергетических проблем национальной безопасности России. ОАО «Газпром» -крупнейшая в мире производственная структура по поставкам газа конечному потребителю, включает в свой состав промышленные предприятия по добыче, транспортировке, переработке и использованию природного газа и газового конденсата. В разработке находится около 70 крупнейших месторождений при эксплуатационном фонде порядка 6000 газовых скважин. Единая система газоснабжения РФ, обслуживаемая производственными предприятиями ОАО «ГАЗПРОМ», включает свыше 150 тыс. км магистральных газопроводов, 690 компрессорных цехов общей мощностью свыше 42 млн. кВт, свыше 3500 газораспределительных станций, 21 подземное хранилище газа, развитую сеть распределительных газопроводов протяженностью более 200 тыс. км [1-3]. В топливно-энергетических балансах регионов России доля природного газа является определяющей [3], поэтому важная роль ОАО ГАЗПРОМ в деле обеспечения энергетической безопасности регионов и страны в целом не вызывает сомнений. В связи с этим острой является социально значимая проблема по адекватному предоставлению потребителям газа обоснованных гарантий безопасности и качества его поставок. Особенно жестко эта злободневная проблема проявит себя после вступления станы в ВТО, когда будут созданы условия для широкого право применения положений закона РФ «О Техническом регулировании». В системе гарантий безопасности одна из ведущих ролей принадлежит процессам метрологического обслуживания и метрологической экспертизы информационно-измерительных и управляющих систем, которые применяются для мониторинга и управления безопасностью
потенциально опасных объектов в атомной, газовой и др. отраслях промышленности. Поэтому совершенствование системы метрологического обслуживания аппаратно-программных средств для мониторинга, диагностики и обеспечения безопасности атомных и газовых объектов всегда будет представлять собой актуальную научную задачу.
Вместе с этим для ОАО «ГАЗПРОМ» важно иметь гарантии устойчивого потребления запланированного количества газа в регионах Российской Федерации со стороны его потребителей. Это с одной стороны это актуально для обеспечения социальных обязательств по поддержанию энергетической безопасности регионов с приемлемым уровнем риска, и с другой — для достижения запланированных показателей хозяйственной деятельности ОАО «ГАЗПРОМ». Для формирования таких гарантий вся совокупная система газопроводов: промысловых, магистральных распределительных, должна иметь высокие показатели надежности и безопасности. Любой сбой или отказ элементов этой системы, например, объектов потребления газа или распределительных газопроводов, приведет к ограничению использования проектных (установленных) мощностей других компонентов системы, например объектов магистральных газопроводов, газодобычи и т.д., и как следствие - к уменьшению -поставок газа платежеспособному потребителю и убыткам ОАО «ГАЗПРОМ». Для предупреждения внезапных отказов, аварий и чрезвычайных ситуаций на производственных объектах ОАО «ГАЗПРОМ» сегодня уже существует целая система барьеров безопасности. Основные ее элементы представлены на рис. 1. Основой нормативно-правовой компоненты системы барьеров безопасности являются федеральные законы:
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН N 69-ФЗ «О ГАЗОСНАБЖЕНИИ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»;
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН. «О ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ»;
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЗАКОН №184 - ФЗ «О ТЕХНИЧЕСКОМ РЕГУЛИРОВАНИИ».
* I
Нормативно-правовая база:
Федеральные законы РФ,
Федеральные правила и технические регламенты, Отраслевая нормативно-техническая документация, Стандарты и инструкции поставщиков и потребителей. Другие распорядительные документы.
Обеспечивающие базы
Научная и проектно-конструкторская обоснованность безопасности объектов; Система безопасной эксплуатации (управление качеством эксплуатации, мониторинг надежности и безопасности, техническое обслуживание и ремонт, техника безопасности, др.) Метрологическое обеспечение и метрологическая экспертиза (сертификация), Система подготовки повышения квалификации и аттестации персонала, Культура безопасности и мониторинг рисков. Системы материально-технического снабжения, страховой защиты и др.
Человеческий фактор.
Образовательный уровень и грамотность административного и
обслуживающего персонала,
Компетентность и подготовленность исполнителей работ,
Ответственность работников всех уровней,
Удовлетворенность участников процесса,
Предупреждение вандализма агрессивных действий со стороны третьих
лиц.
Другое
Рис. 1 Основные компоненты системы безопасной эксплуатации в атомной и смежной с ней отраслях ТЭК.
Учитывая технологические особенности и показатели безопасности производственных объектов ОАО «ГАЗПРОМ», характер выбросов вредных веществ в окружающую среду, последствия разрушений конструкций и инженерных систем газовых объектов под действием внутреннего давления газа и других факторов воздействия, ряд специалистов [3-8] выделяют в целях мониторинга безопасности и надежности поставок газа конечному потребителю, четыре основных группы производственных объектов: объекты добывающих предприятий, в том числе промысловые газопроводы, объекты газотранспортных предприятий и хранилищ газа, объекты газоперерабатывающих заводов и газонаполнительных станций, объекты системы газораспределительных и газоснабжающих сетей. Представления гарантий безопасности и разработка декларации промышленной безопасности для всех групп данных объектов включает оценку социального, промышленного и экологического рисков при потенциальных разрушениях конструкций и/или систем в течение срока их проектной службы и за его пределами, соответствие показателей безопасности допустимым пределам, федеральному и региональным приемлемым уровням, анализ достаточности и умеренности мероприятий по предупреждению аварий, по локализации и ликвидации их последствий, по уменьшению возможных финансовых, материальных и иных потерь, по обеспечению техническими, технологическими, метрологическими, противоаварийными и другими средствами. Общим при представлении гарантий качества и безопасности для всех групп объектов является исходная позиция (рис. 2.).
Применительно к такому важному сегменту газовой отрасли как распределительные станции и газопроводы, основные гарантии безопасности и положения Энергетической Стратегии России [2,4] могут быть реализованы при переходе к новой ресурсосберегающей технологии развития и эксплуатации сетей газопроводов с учетом их фактического технического
% I
Начальная точка
Послание Президента Российской Федерации В.В. Путина Федеральному Собранию Российской Федерации от 16.05.2003
Цель, чтобы в обозримом будущем Россия заняла прочное место среди экономически передовых и влиятельных государств мира. Поскольку Россия является крупнейшим в мире экспортером и потребителем топливно-энергетических ресурсов, рост конкурентоспособности страны немыслим без развития и модернизации газовой отрасли.
Энергетическая Стратегия России до 2010 г. и на последующие годы, принята Правительством РФ в августе 2003 г.
Направления и средства реализации Стратегии
Стратегия повышение
провозглашает эффективности
Законадателыю-правовое - Федеральные законы, Технические регламенты, федеральные нормы и правила,
Материально-финансовое - инженерные, финансовые, нормативные, инвестинионные и другие обеспечивающие базы
Интеллектуальное - научно-технический потенциал, подготовка и аттестация специалистов, экспериментальная база
Информационное -= информационно-измерительные и сертификационные и CALS-системы
Управленческое - административное управление, система управлении качеством, технико-финансовый аудит
Другие -экологических мониторинг, система и бартеры безопасности, физическая защита, анализ платежоспособного спросаз, анализ
всех видов рисков,
Рнс.2 Исходные концептуальные положения для развития информационно-измерительных и управляющих систем, предназначенных для мониторинга безопасности и управления рисками эксплуатации опасных объектов.
состояния [5]. В данном случае системный подход и координация усилий по всем направлениям мониторинга и представления потребителю газа гарантий безопасности со стороны ОАО «ГАЗПРОМ» подразумевает:
анализ потребностей в газовом топливе, определение текущего и желаемого состояний существующих газораспределительных сетей, оценку пропускной способности и коэффициентов загрузки газопроводов-отводов;
анализ механизмов, способствующих и сдерживающих развитие газификации регионов, выявление методов и компенсирующих мер для преодоления противоречий в развитии газификации и безопасной эксплуатации распределительных газопроводов;
мониторинг проводимых изменений, закрепление успехов и положительных социально-экономических результатов в области газификации и газораспределения.
Для реализации и оценки эффективности внедрения механизмов формирования гарантий качества поставок газа конечному потребителю потребуется диагностическая информация, которая обеспечена метрологической поддержкой. Тогда эта информация будет объективно отражать фактическое состояние распределительного сектора газового хозяйства. Поэтому необходимо развитие отраслевой системы метрологического обслуживания технических средств диагностики и мониторинга газопроводов, базирующейся на современных информационных технологиях и ключевых принципах системы управления качеством продукции и услуг. Развитие отраслевой системы диагностического обслуживания и мониторинга распределительных газопроводов должна быть ориентированна на использование, как правило, только сертифицированного оборудования и технических средств, на постоянное повышение квалификационных возможностей обслуживающего персонала. Исходя из сказанного следует сделать заключение, что для ОАО «ГАЗПРОМ» актуальным и принципиально важным становиться развитие системы метрологической экспертизы и
метрологического обслуживания для современной интеллектуальной диагностики с функциями предупреждения (управления) возможных аварий и других инцидентов. Также актуальным для текущего момента и всех отраслей ТЭК является развитие научно-технического потенциала КИП и А, системная подготовка и аттестация специалистов для метрологической экспертизы и метрологического обслуживания ИИУС. Решение этой задачи не будет возможно, если не улучшить отраслевую экспериментальную базу, которая необходима для технического аудита качества технических и методических средств диагностики распределительных газопроводов, для тренировок и аттестации персонала, связанного с диагностикой газопроводов, и много другого со следующими целевыми функциями:
метрологической экспертизы и сертификационного центра технических средств и методов диагностики газопроводов;
научно-учебного центра по специализированной подготовке, повышению квалификации и аттестации персонала, связанного с выполнением метрологического обслуживания на объектах газопроводов.
Текущее состояние газовой отрасли характеризуется рядом негативных тенденций: быстрым устареванием основных фондов, пока еще низкой эффективностью использования оборудования и газопроводов, увеличением риска техногенных аварий и др. Серьезную озабоченность вызывает текущее техническое состояние газораспределительных станций (ГРС), как социально важного объекта ТЭК для экономики и энергетической безопасности регионов страны.
В России на текущий момент функционирует свыше 3500 ГРС, большая часть из которых находится на балансе ОАО «Газпром». Территориальная разбросанность ГРС, порой их удаленное расположение от линейно-производственных управлений (ЛПУ), а также новое социально-экономическое состояние регионов России, характеризуемое сегодня высоким интегральным риском техногенных аварий, природных катастроф и терактов, срочно требуется организация системной диагностики технического состояния и
мониторинга безопасности ГРС на новом качественном уровне метрологического обслуживания. Особенно важно при эксплуатации ГРС с централизованной, периодической или надомной формами обслуживания создать унифицированную информационно-измерительную систему с соответствующим метрологическим обеспечением, как для предупреждения аварий, так и для грамотного управления экономикой ТЭК регионов страны. Пока факты свидетельствует о низком уровне автоматизации технологических процессов на ГРС, об отсутствии на них современных средств метрологического обеспечения ИИУС для мониторинга и оперативной диагностики, автоматизированного управления работой технологических узлов и блоков ГРС в нормальных (проектных) режимах эксплуатации и внештатных ситуациях.
В настоящее время газотранспортными предприятиями России проводится большая работа по строительству и реконструкции ГРС, и это требует новых методик метрологической экспертизы, внедрения решений по телемеханизации и автоматизации ГРС с учетом новых требований к предоставлению гарантий безопасности и качества поставок газа конечному потребителю. Широкомасштабный процесс автоматизации ГРС не возможен без модернизации действующих системы метрологической экспертизы и метрологического обслуживания ИИУС, предназначенных для обеспечения гарантий поставок газа потребителю. Поэтому в данной работе выполнен комплекс актуальных для атомной, военной, газовой, нефтяной и других отраслей промышленности исследований в целях улучшения и развития системы метрологической экспертизы информационно-измерительной техники и аналитических приложений для управления промышленной безопасностью и сроком службы газораспределительных станций.
На протяжении достаточно длительного периода исследование оценочных понятий метрологической экспертизы ИИУС осуществлялось в основном с точки зрения использования ИИУС как измерительных технических устройств. В метрологической экспертизе факторы позитивных и негативных свойств
ИИУС принимались к рассмотрению, как правило, только с позиции оценочных
понятий точности и чувствительности, надежности и долговечности
измерительной техники. Во второй половине XX в. проф. М.А.Саверин
определил, что совершенствование технологий измерения, возможность
определения технического состояния и своевременное выявление возникших
дефектов объектов и инженерных систем является одним из важных условий, от
выполнения которого зависит эффективность и надежность, промышленная
безопасность потенциально опасных объектов ТЭК. В дальнейшем
Н.П.Алешину, Г.А.Апарину, В.М.Баранову, А.А.Барзову, Е.А.Безменову,
М.С.Бесфамильному, Ю.А.Воробьеву, Ю.И.Воронцову, Е.А.Гусеву,
А.М.Карасевичу, В.М.Киселеву, Р.Б.Котельникову, Ю.М.Ляндону,
С.Д.Малкину, В.М.Марковичеву, Н.Г.Назарову, В.Я.Родионову, Г.А.Сарычеву, Е.И.Сычеву, Ю.В.Шабалину, В.В.Харитонову, А.И.Якушеву и другим известным ученым удалось развить ряд научных направлений, в которых такие проблемы, как определенность содержания норм метрологической экспертизы, свободы и обоснованности выбора верификационных критериев для определения качества ИИУС, достаточности обоснований и доказательств правдивости результатов мониторинга состояния технических объектов, которые были получены с помощью ИИУС, и ряд других были рассмотрены в плоскости представления гарантий промышленной безопасности. Вместе с тем ни в период существования СССР ни в последующее время специальных работ, посвященных оценочным понятиям качества метрологической экспертизы информационно-измерительной техники и аналитических приложений для управления промышленной безопасностью и сроком службы газовых и ядерных объектов в топливно-энергетических отраслях, опубликовано не было.
Вопросы оценочных понятий метрологической экспертизы ИИУС привлекли внимание ученых на рубеже XXI века в период кодификации российского законодательства в сфере промышленной и экологической безопасности. В этот период они поднимались в трудах М.Б.Бакирова, В.М.Белова, Г.П.Былинкина, Т.Е.Зуйкова, А.Г.Иноземцева, Е.М.Кудрявцева,
Т")
М.В.Окрестилова, В.Г.Фирстова. В частности, были предприняты попытки дать определение оценочного понятия для критериев качества измерительной техники, выделить некоторые характерные особенности метрологического обеспечения ИИУС, предназначенных для мониторинга промышленной безопасности объектов ТЭК. По мере накопления опыта мониторинга промышленной безопасности газовых объектов, некоторые авторы обратились к более углубленному изучению оценочных понятий метрологической экспертизы ИИУС. Так, В.Н.Клименко, Б.И.Завойчинский, Н.А.Махутов, А.Н.Проценко предложили развернутое определение оценочного понятия промышленной безопасности для объектов ТЭК, а В.П.Берчик, Н.С.Бурдаков, С.В.Власов, В.А.Канайкин, С.Н.Мокроусов, Г.В.Москвитин, В.Н.Пермиков, Ю.М.Поволоцкий, В.А.Сидоренко, Г.В.Яковлев и ряд других исследователей выделили объективные и субъективные причины использования оценочных понятий в метрологической экспертизе ИИУС, предназначенных для мониторинга и контроля технического состояния ядерных и других объектов ТЭК. Однако указанные вопросы рассматривались многими авторами применительно к конкретным техническим устройствам и производственным системам. К сожалению, с момента принятия Федерального Закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 20 июня 1997 г. не было опубликовано ни одной специальной работы, посвященной оценочным понятиям качества метрологической экспертизы ИИУС, предназначенных для мониторинга промышленной безопасности ГРС и других объектов газовой промышленности. Кроме этого, далеко не все точки зрения перечисленных выше авторов бесспорны, и многое требует переосмысления с учетом накопившегося опыта применения современных ИИУС на объектах ТЭК, а также опыта их метрологического обслуживания в процессе применения технических нормативов и правовых норм при экспертизе промышленной безопасности ГРС.
Объект исследования в данной диссертации составляют процессы и процедуры, методы и средства метрологического обслуживания и
метрологической экспертизы ИИУС, предназначенных для мониторинга промышленной безопасности ГРС, ядерных и других объектов топливно-энергетических отраслей.
Предметом исследования в данной диссертации являются ИИУС и система метрологической экспертизы информационно-измерительной техники и аналитических приложений для управления промышленной безопасностью и сроком службы ГРС в топливно-энергетических отраслях.
Цель работы и данной диссертации есть систематизация опыта и улучшение системы метрологического обеспечения ИИУС, разработка и апробация новой методологии, основанной на базе процессного подхода, для проведения метрологической экспертизы информационно-измерительной техники и аналитических приложений ИИУС, создаваемых для управления промышленной безопасностью и сроком службы ГРС в топливно-энергетических отраслях.
Задачами исследования данной диссертации являются:
постановка многокритериальной задачи оптимизации системы и процедур метрологической экспертизы ИИУС, создаваемых для управления промышленной безопасностью и сроком службы ГРС;
разработка информационной модели, описывающих некоторые процессы метрологической экспертизы ИИУС для прогнозирования характеристик надежности и безопасности отдельного оборудования, технологических трубопроводов и ГРС в целом;
создание матрицы исходных данных и СУБД для информационного обеспечения процессов метрологической экспертизы ИИУС, необходимых для управления процессами старения и сроками службы ГРС;
разработка критериев метрологической экспертизы ИИУС и требований к достоверности диагностических данных для управления процессами старения и сроками службы объектов ТЭК;
определение оптимальных условий и состава процедур метрологической экспертизы для информационно-измерительной системы
мониторинга параметров процесса деградации служебных свойств технологических элементов ГРС на примере газовых объектов ОАО «Газпром;
— апробация разработанных методик, модели и системы
метрологической экспертизы ИИУС при эксплуатации ГРС в период проектного
срока службы и за его пределами.
Методическую основу диссертационного исследования составляют диалектический метод познания техногенных, физических и общественных процессов и явлений. В основу конкретной методологии исследований положены процессный подход, принципы исторического, феноменологического и логического познания, системный анализ повышения эффективности сложных технических систем. В качестве частно-научных методов применялись формально-логический, статистический, сравнительно-правовой анализ, методы: прямой и обратной волны; вероятностного прогнозирования надежности и безопасности технологических процессов и технических устройств; моделирования процессов старения материала, компонентов конструкций и инженерных систем объектов ТЭК; статистические методы обработки экспериментальных и эксплуатационных данных по отказам оборудования и инженерных систем ГРС; построения феноменологических и информационных моделей.
Основные положения, выносимые автором на защиту:
результаты систематизации процессов старения основного оборудования, трубопроводов и инженерных систем ГРС, исследования механизмов их деградации и повреждения, которые составляют базу знаний для метрологического обслуживания ИИУС ГРС;
методология оптимального выбора физического явления и информативных параметров, дающих наиболее объективную информацию о техническом состоянии и промышленной безопасности объекта ТЭК и определяющие платформу метрологической экспертизы ИИУС ГРС;
структура информационной базы (исходные данные и система поддержки принятия решения) метрологической экспертизы информационно-
измерительной техники и аналитических приложений для управления промышленной безопасностью и сроком службы ГРС в топливно-энергетических отраслях;
концепция и блок-схема СУБД для информационного обеспечения процессов метрологической экспертизы ИИУС, предназначенных для управления сроками службы ГРС с учетом фактических показателей процессов их старения;
алгоритмы и методики обработки контрольно-измерительной и диагностической информации, используемой для метрологического обеспечения, сертификации, аттестации, верификации ИИУС, технических устройств и программных продуктов для оценки технического состояния и промышленной безопасности ГРС;
алгоритм постоянного улучшения гармонизированной инструментальной среды для создания новых методов метрологического обеспечения ИИУС, предназначенных для интеллектуальной диагностики и мониторинга служебных характеристик, определяющих техническую безопасность объектов ТЭК.
Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что оно представляет собой первое комплексное монографическое исследование оценочных понятий, включенных в систему метрологического обслуживания и метрологической экспертизы ИИУС ГРС, технических устройств и программных продуктов, предназначенных для оценки технического состояния, промышленной безопасности и управления сроком службы ГРС. Автором впервые проведен ретроспективный анализ оценочных понятий в системе метрологического обслуживания ИИУС, предназначенных для экспертизы промышленной безопасности ГРС и других объектов ТЭК. Этот анализ стал основой методологии оптимального выбора физического явления и информативных параметров, которые необходимы для метрологический экспертизы качества ИИУС и других технических средств, позволяющих получать наиболее объективную информацию о техническом состоянии и
промышленной безопасности объекта ТЭК. Научные положения, выводы и результаты диссертации создают теоретическую и практическую основу:
для реализации оригинального алгоритма постоянного улучшения гармонизированной инструментальной среды, обеспечивающей создание новых методов метрологического обеспечения ИИУС интеллектуальной диагностики и мониторинга служебных характеристик, которые определяют промышленную безопасность объектов ТЭК;
для концепции СУБД, которая необходима для информационного обеспечения процессов метрологической экспертизы ИИУС, предназначенных для управления промышленной безопасностью и сроками службы ГРС;
для выработки критериев метрологической экспертизы ИИУС и требований к достоверности диагностических данных для управления процессами старения и сроками службы объектов ТЭК;
для оптимального выбора условий процедур метрологической экспертизы измерительной системы параметров процесса деградации служебных свойств технологических элементов и оборудования ГРС ОАО «Газпром».
В условиях вступление России в ВТО научная ценность работы определяется методикой и алгоритмом обработки контрольно-измерительной и диагностической информации, используемой для метрологического обеспечения, сертификации, аттестации, верификации ИИУС, разнообразных технических устройств и программных продуктов для оценки технического состояния и промышленной безопасности ГРС. Методика и алгоритм обладают достаточной общностью для создания специальных технических регламентов и стандартов организаций для целей метрологической экспертизы ИИУС, применяемых для обеспечения гарантий промышленной безопасности потенциально опасных объектов топливно-энергетических отраслей.
Практическая ценность результатов диссертационного исследования определяется тем, что применительно к ГРС, эксплуатируемых в топливно-энергетических отраслях, разработаны и усовершенствованы методики
метрологической экспертизы РШУС и других технических средств измерения и обработки информационных данных о параметрах промышленной безопасности. Эти методики позволяют снизить погрешность измерений, повысить представительность полученных результатов и более корректно учитывать влияние внешних факторов и случайных воздействий на их точность и как следствие, улучшить качество прогнозов промышленной безопасности объектов ТЭК. Применение разработанных автором научных положений методик и технических средств обеспечило повышение точности и представительности результатов при оценке качества ИИУС, предназначенных для экспертизы промышленной безопасности ГРС. Применение разработанных методик метрологического обеспечения и сертификации контрольно-измерительных средств на предприятиях ОАО «Газпром» способствовало повышению обоснованности принимаемых решений для обеспечения безопасной эксплуатации газопроводов, что позволило снизить на порядок вероятность внезапных отказов и аварийных ситуаций. Разработанная система метрологической экспертизы информационно-измерительной техники для управления промышленной безопасностью и сроком службы ГРС позволяет решить многокритериальную задачу с различными целевыми функциями экономического критерия: самоокупаемости ГРС или получения максимальной прибыли. Разработанные автором модели и методики информационного обеспечения метрологического обслуживания и управления безопасностью ГРС ОАО «Газпром» верифицированы, апробированы и внедрены на ряде предприятий отрасли. По результатам внедрения получен положительный социально-экономический эффект.
Достоверность полученных научных положений, результатов выводов диссертации подтверждается применением процессного подхода в методологии научных исследований, информационным, функциональным и математическим моделированием, обеспечена использованием современных физических представлений о деградации служебных характеристик материалов и оборудования, подтверждена согласованностью результатов теоретических
расчетов с экспериментальными данными, а также положительным производственным опытом внедрения разработок автора на объектах ТЭК и приоритетными публикациями в рецензируемых научных изданиях.
Автор самостоятельно провел настоящее исследование - от обзора глЪ литературы по проблеме до написания положений, методик, выводов, формул диссертации, автор единолично выполнил обзор показателей эффективности и систематизацию процессов метрологического обеспечения и метрологической экспертизы РШУС, предназначенных для обеспечения промышленной безопасности ГРС. При разработке нормативно-технической документации, коллективно-экспертном анализе результатов исследований и метрологическом обслуживании конкретных технических средств, необходимых для экспертизы промышленной безопасности ГРС ОАО «Газпром», подготовке публикаций, отчетов и выступлений с докладами на конференциях и семинарах вклад автора является основным. Автором лично разработана концепция и структура СУБД, которая необходима для информационной поддержки процессов Л метрологической экспертизы ИИУС ГРС, и выполнена большая часть работы по созданию ее электронной оболочки, наполнению ее фактическими данными. Основные положения работы докладывались на международных форумах, в том числе «Диагностика газопроводов» в-2000-2004 годах (Кипр, Тунис, Турция, Мальта, Египет), Всероссийских (всесоюзных) симпозиумах, конференциях и совещаниях, на технических советах ОАО «Газпром» РФ, на заседаниях ученых советах ДОАО «Оргэнергогаз», РНЦ «Курчатовский институт», ЦМиР ВНИИАЭС, ВНИИСТ. По теме диссертации опубликовано 14 работ.
Генеральные идеи, положения, принципы, методические приемы, а также обобщенные результаты исследований опубликованы в 28 отечественных и Л зарубежных периодических научных изданиях.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка цитируемой литературы, включающего 96 источников. Работа изложена на 168 страницах, содержит таблиц , 18 рисунков.
Автор выражает глубокую благодарность всем сотрудникам ДОАО «Оргэнергогаз», сотрудникам ФГУ РНЦ «Курчатовский институт», действующим в рамках соглашения о научно-техническом сотрудничестве, подписанным Р. И.Вяхиревым и В.П.Велиховым, без конструктивной помощи и советов которых было бы трудно выполнить исследования по теме диссертации.
Текущее состояние проблемы метрологической экспертизы и метрологического обслуживания информационно-измерительной техники для управления промышленной безопасностью и сроком службы газораспределительных станций в топливно-энергетических отраслях.
Производство современной информационно-измерительной техники, учет и планирование материальных ресурсов, взаимозаменяемость и кооперирование процессов и процедур по обеспечению безопасной эксплуатации производственных объектов, улучшение качества продукции и многое другое связано с повсеместным использованием метрологической
Л экспертизы. Оценочное понятие метрологической экспертизы ИИУС ГРС это соответствие заявленным показателям качества служебных характеристик и показателей, как отдельных информационных модулей, так и ИИУС ГРС в целом. Совершенствование технологий метрологического обслуживания ИИУС ГРС создают возможность для более точного определения технического состояния изделий, конструкций и инженерных систем, своевременного выявления возникших дефектов, отказов, предупреждения инцидентов и/или управления авариями на потенциально опасных объектах атомной и газовой техники, в том числе ГРС. Метрологическое обслуживание ИИУС ГРС является одним из важных условий, от выполнения которого зависит эффективность и надежность их функционирования, и в конечном итоге безопасность и надежность потенциально опасных объектов, энергетическая и экологическая защищенность регионов. В связи с этим возникла необходимость создание стройной системы метрологической экспертизы и метрологического обслуживания для всех этапов жизненного цикла технических средств, предназначенных для мониторинга и обеспечения промышленной безопасности ГРС.
Измерения показателей надежности и безопасности ГРС являются одним из важнейших путей создания гарантий качества поставок газа конечному потребителю. Они дают количественную характеристику показателей качества, раскрывая действие системы мер по предупреждению отказов и аварий. Все технологические процессы на ГРС не могли бы существовать без развернутой системы измерений и управляющих воздействий, определяющих все условия безопасной эксплуатации производственных объектов. Для текущего периода велико значение измерений и условий их проведения для реализации современных концепций культуры безопасной эксплуатации объектов атомной и газовой отраслей, в том числе и ГРС. Измерения различных показателей технического состояния оборудования и систем, параметров, характеризующих эксплуатацию, и др. служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для формирования и исполнения управленческих решений. В том числе формирования административных решений, необходимых: — для распределения и учета материальных ресурсов, — для планирования действий, в том числе мероприятий по предупреждению отказов оборудования, — для обеспечения заявленного качества услуги для потребителей, — для обеспечения взаимозаменяемости узлов и деталей, — для совершенствования технологии эксплуатации, — для обеспечения безопасности труда, — других видов деятельности.
Высокая точность управления процессами эксплуатации ГРС достигается благодаря современным совершенным средствам измерений, приборам, датчикам, информационно-измерительным и управляющим системам, которые имеют соответствующее метрологическое обеспечение. Применительно к ИИУС ГРС, предназначенных для мониторинга надежности и управления промышленной безопасностью газораспределительных станций, метрологическое обеспечение складывается из двух основных компонентов: метрологической экспертизы качества измерительных и управляющих средств на стадиях их проектирования и изготовления, наладки и опытной эксплуатации с одной стороны и метрологического обслуживания ИИУС на стадии штатной промышленной эксплуатации этих средств с другой. На рис. 3 показаны основные компоненты организационной системы метрологического обеспечения ИИУС ГРС.
Большое разнообразие технологических процессов и процедур, с которыми приходится сталкиваться при создании, освоении, внедрении и промышленной эксплуатации технических средств, предназначенных для мониторинга технического состояния и управления промышленной безопасностью ГРС (далее ИИУС ГРС), определяет широкий круг величин, подлежащих измерению. Во всех случаях проведения измерений, независимо от измеряемой величины, метода и средства измерений, есть общее, что составляет основу измерений - это сравнение опытным путем данной величины с другой подобной ей, принятой за эталонную единицу. При любом измерении с помощью ИИУС ГРС с помощью эксперимента оценивают физическую величину в виде некоторого совокупного числа принятых для нее единиц, находят ее значение. В настоящее время для целей метрологической экспертизы и метрологического обслуживания ИИУС ГРС принято следующее определение измерения: измерение это процесс и/или процедура определения значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.
Создания матрицы исходных данных для системы метрологической экспертизы информационно- измерительных и управляющих систем, для мониторинга и управления безопасностью газораспределительных станций.
Целевое назначение метрологического обслуживания и метрологической экспертизы ИИУС ГРС это обеспечение единства и точности измерений. Метрологическая экспертиза ИИУС ГРС необходима для основных этапов жизненного цикла распределительной станции: период изготовление и период эксплуатации. Обычно при подготовке данных для экспертизы исходят из общих требований и пожеланий, предъявляемых заказчиком разработки, к тем функциям и к цели которые должны быть достигнуты в результате внедрения новой информационной системы. В нашем случае ИИУС ГРС это оригинальная информационно-измерительная система мониторинга показателей безопасности и надежности при эксплуатации самой ГРС. Поэтому матрица исходных данных для метрологической экспертизы ИИУС ГРС должна охватывать всю совокупность показателей, которые влияют на надежность и безопасность станции в целом или ее отдельных технологических компонентов. В связи с этим на рис. 6 представлена классификации технологических компонентов ГРС. Эта классификация будет удобной для системы метрологической экспертизы ИИУС ГРС и/или ее отдельных информационных модулей (технические устройства измерения, средства управления, аналитические приложения и др.). На рис.6 показаны те компоненты матрицы данных, для которых должны быть определены требования по точности и для процессов метрологической экспертизы ИИУС ГРС. При этом состав параметров метрологической экспертизы должен быть ориентирован на обеспечение безопасности основных изделий, инженерных систем и оборудования, технологических трубопроводов ГРС. Поэтому на первом этапе построения оригинальной матрицы исходных параметров и данных для системы метрологической экспертизы и метрологического обслуживания -- ИИУС ГРС нет необходимости пытаться учесть все то, что может быть востребовано на практике пользователем (например, оперативным персоналом) в будущем. Наоборот, с учетом принципа умеренности и достаточности матрица исходных параметров и данных для системы метрологической экспертизы и метрологического обслуживания ИИУС ГРС может иметь ограниченный набор функций и возможностей. Эти возможности в дальнейшем могут расширяться, когда это станет необходимо пользователю.
Расширение возможностей системы метрологической экспертизы и метрологического обслуживания ГРС будет происходить за счет улучшения сбора и накопления в ее (системы) архивах, электронных хранилищах и СУБД полезной информации для осуществления метрологического обслуживания интегрированной ИИУС ГРС и ее отдельных информационных модулей.
Интегрированная ИИУС ГРС отличается, прежде всего, методикой построения, обеспечивающей согласованное достижение целей, каждая из которых не может быть достигнута за счет локального использования отдельных видов автоматизированных систем управления (АСУ). Интегрированная ИИУС обеспечивает согласованное и координированное решение задач с учетом временной и уровневой иерархии за счет разделения общей задачи управления по фазам планирования, регулирования, учета, анализа, а также временной иерархии задач внутри каждой фазы. В таких ИИУС обеспечивается координация процессов эксплуатации ГРС, возможно оперативное и перспективное планирования процессов эксплуатации ГРС и адаптация самой измерительно-управляющей системы за счет изменения состава и взаимосвязей между задачами эксплуатации ГРС, а также характера взаимодействия между ее компонентами и пользователями. При этом можно выделить множество различных частных концепций и требований построения архитектуры оригинальных ИИУС, в которых на первый план в зависимости от целей интеграции могут выступать проблемы технической, информационной, программной, организационной совместимости и взаимодействия, функциональной интеграции, организации согласованной работы между различными видами АСУ, интеграции автоматизированной и неавтоматизированной частей системы управления, отдельных фаз цикла управления, системы автоматизированной обработки данных, а также данных, необходимых для принятия решений. Поэтому, выбор пути метрологической экспертизы ИИУС ГРС и /или ее отдельных информационных модулей должен учитывать преимущественное направления интеграции АСУ ГРС и может быть осуществлен на основе оценки функциональной структуры интегрированной ИИУС ГРС, эффекта, получаемого в результате совместного и согласованного функционирования локальных измерительных и управляющих систем, а также затрат на обеспечение их совместимости и взаимодействия.
Важную роль играет определение требований к метрологическим эталонам и программным средствам метрологического обслуживания ИИУС ГРС, обеспечивающим решение комплекса задач в соответствии с заданным временным регламентом и иерархией взаимосвязей. Большинство известных функционально направленных ИИУС внедрены на основе локальных решений частных проблем АСУ производства изделий машиностроения. Поэтому очевидно, что использование в общем виде хорошо разработанных для условий производства математических методов и моделей для решения задач метрологической экспертизы РШУС ГРС будет офаничено. Переход же к интефации оригинальных автоматизированных ИИУС ГРС в единую систему метрологического обслуживания будет связан с системным анализом ГРС как объекта управления; с постановкой и формированием комплекса задач - управления как задач оптимизации по некоторому общему для системы метрологическому критерию эффективности функционирования.
Разработка критериев качества метрологической экспертизы информационно-измерительных и управляющих систем, применяемых для мониторинга и управления безопасностью газораспределительных станций
При создании системы метрологического обслуживания ИИУС ГРС в процессе исследования инструментальных средств как объекта метрологии возникает задача выявления структуры функциональных связей ИИУС ГРС, ответственных за точность и соблюдения принципа единства измерений для всех действующих газовых станций. Вероятностные показатели точности и достоверности измерений, производимых с помощью ИИУС ГРС, и правильности оценок, выполняемых на основе измеренных ИИУС ГРС показателей состояния, безопасности отдельных технологических компонентов ГРС в своей основе отражают правильность и точность моделей, которые описывают процессы старения ГРС, деградации служебных свойств технологических компонентов и трубопроводов ГРС. Поэтому выбор специальных принципов для формирования системы метрологического обслуживания ИИУС ГРС следует обосновывать исходя из точности, которую можно реально достичь при моделировании процессов старения, и прогнозирования физической долговечности технологических компонентов ГРС. Исходя из сказанного выше первым принципом, который должен лежать в основе концепции метрологического обслуживания ИИУС ГРС, будет принцип объективной достаточности точности и достоверности прогнозов о фактическом техническом состоянии и ресурсе технологического оборудования и трубопроводов ГРС, других инженерных систем станции. С другой стороны метрологическое обслуживание ИИУС ГРС это дополнительные затраты на безопасность ГРС. Поэтому второй принцип, который должен быть применен к системе метрологического обслуживания ИИУС ГРС есть принцип умеренности в затратах на качество процессов метрологического обслуживания и метрологической экспертизы ГРС. Здесь нужны оценки стоимости услуг по метрологическому обслуживанию, вероятностных характеристик расхода материалов и инструмента, а также динамики изменений первоначальных заданий. Знание характеристик, как самого объекта метрологического обслуживания, так и его связей с внешней средой связано с получением многомерных статистических данных, анализ которых позволяет учесть вероятности изменений заданий и состояний внешней среды, а также возможный разброс характеристик объектов при решении задач метрологического обслуживания ИИУС ГРС. Система метрологического обслуживания ИИУС ГРС действует на всех этапах жизненного цикла продукции. В соответствии с основополагающими принципами CALS-технологии, отражает информационную составляющую процесса метрологического обслуживания ИИУС ГРС, как объекта управления. Алгоритм процесса метрологического обслуживания с позиций управления его качеством поясняется рисунком 11. Основой здесь являются принципы процессного подхода. Суть процессного подхода заключается в том, что организация метрологического обслуживания ИИУС ГРС рассматривается как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессов, а управление организацией осуществляется посредством управления этими процессами. Управление процессами метрологического обслуживания ИИУС ГРС включает:
Планирование и проектирование процессов и процедур метрологической экспертизы в общей оболочке системы. Выполнение и управление процессами и процедурами метрологического обслуживания, обеспеченное общностью и единством подхода. Контроль и проверку результатов метрологической экспертизы и метрологического обслуживания ИИУС ГРС.
Постоянное улучшение существующего состояния процессов метрологического обслуживания и метрологической экспертизы ИИУС ГРС на любых этапах их жизненного цикла обслуживания в целом. Поэтому в общем случае организация метрологического обслуживания ИИУС ГРС на любых этапах их жизненного цикла должна соответствовать следующему набору повторяющихся действий или функций, которые преобразуют исходную информацию и/или метрологические показатели ИИУС ГРС в конечный результат - адекватные прогнозные оценки технического состояния, ресурса и безопасности ГРС в соответствии с предварительно установленными правилами.
Уточнение методик диагностического обслуживания ГРС для системы метрологической экспертизы и метрологического обслуживания информационно-измерительных технических средств, предназначенных для управления промышленной безопасностью, и сроком службы газораспределительных станций в топливно-энергетических отраслях есть основа этих правил. Здесь выбор приоритетов является неформальной операцией и может осуществляться с использованием методов теории принятия решений. Эти же методы могут составить основу для обоснования и валидации матрицы обобщенных требований для ИИУС ГРС, в своем большинстве предназначенных по целевой функции для системы управления диагностикой и безопасностью газораспределительных станций ОАО «Газпром» на любом этапе развития и совершенствования интегрированной ЕС МДУ ГХ. Такое развитие и совершенствование создаст благоприятную среду для информационного обеспечения и оптимального решения стратегической проблемы ОАО «Газпром» - перехода на новую ресурсосберегающую отраслевую систему эксплуатации ГРС «по состоянию»[8].
Условия метрологической экспертизы и метрологического обслуживания интегральной измерительной системы параметров процесса деградации служебных свойств технологических элементов и оборудования газораспределительных станций
Как отмечалось выше, метрологическое обслуживания ИИУС ГРС это есть система взаимосвязанных мероприятий, обеспечивающих надлежащую точность и соблюдения принципа единства измерений, применение регламентированных методов и критериев обработки и анализа результатов измерений, единых правил принятия решений о техническом состоянии и промышленной безопасности ГРС. Ключевым моментом здесь является эпизод принятия решений о техническом состоянии и промышленной безопасности ГРС. При чем это решение административные органы управления ОАО «Газпром» должны формировать на всех этапах жизненного цикла ГРС и ИИУС ГРС, такое дополнительное условие должно обеспечивать высокое качество административных решений, касающихся проблем безопасности ГРС и надежности поставок газа в регионы страны.
Метрологическая экспертиза ИИУС ГРС, в нашем случае подразумевает единую систему мероприятий, обеспечивающих определение соответствия показателей отдельных информационных модулей и ИИУС ГРС в целом их заявленным (проектным и нормативным) характеристикам метрологического качества. Одним из ответственных этапов метрологической экспертизы ИИУС ГРС, реализуемых в целях принятия адекватных решений о техническом состоянии и промышленной безопасности ГРС, является этап метрологической экспертизы технических средств ИИУС ГРС на завершающей стадии их производства. В первую очередь это стадия — процесс выходного контроля качества метрологических характеристик аппаратно-программных комплексов, предназначенных для мониторинга технического состояния и управления промышленной безопасностью ИИУС ГРС. Обязательным условием метрологической экспертизы ИИУС ГРС на стадии их производства должно быть применение апробированных методик и производственных процессов метрологической экспертизы ИИУС ГРС на предприятии изготовителе. Так как в текущий момент большинство отечественных технических средств неразрушающего контроля и технической диагностики производятся малыми предприятиями, у которых отсутствует собственная производственная база для метрологической экспертизы ИИУС ГРС, дополнительным и конкретным условием метрологической экспертизы РШУС ГРС ОАО «Газпром» должно стать требование об осуществлении такой экспертизы в центрах коллективного пользования. Представляется оптимальным, что такой центр лучше всего организовать, либо на отраслевом испытательном полигоне технических средств диагностики ОАО «Газпром», либо на современном приборном заводе - серийного изготовителя информационных модулей и технических средств ИИУС ГРС, где имеют место климатические испытательные камеры, банк необходимых эталонов и другие средства, необходимые для качественной метрологической экспертизы. Метрологическая поверка ИИУС ГРС, в нашем случае подразумевает систему мероприятий, обеспечивающих соответствующую настройку технических и программных средств на заданные метрологические параметры, в том числе с использованием специальных эталонов, например эталонов образцов с дефектами сварного шва для настройки технических средств ультразвуковой дефектоскопии, эталонов импульсов и сигналов для идентификации технического состояния трубопроводов ГРС методом акустической эмиссии [87-91] и др. Отдельно стоит вопрос метрологической экспертизы процедур верификации программных продуктов для обработки результатов измерений с помощью ПЭВМ. Здесь дополнительное условие — проведение верификации программных средств с использованием трехуровневого процессного подхода. Имеется ввиду, что при 144 проведении верификации профаммных средств, предназначенных для ИИУС ГРС, основной целевой функцией которых является мониторинг технического состояния и управление промышленной безопасностью ГРС в целом, использовать следующие процедуры [10,11,48,49,51, 92 ]. 1. Сравнительный анализ результатов расчетов и/или иных вычислений тестовых задач, имеющих точное аналитическое решение, определение пофешностей в вычислениях. 2. Сравнительный анализ и определение систематических ошибок в результатах расчетов и/или иных вычислений, выполненных для одних и тех же тестовых задач с применением ранее аттестованных профаммных средств, например расчетных кодов типа ANSYS, ABACUS, CAN, DANKO, FEMINA, MARC, UZOR и других 3. Сравнительный анализ и определение систематических ошибок и пофешностей в результатах расчетов и/или иных вычислений с результатами экспериментов, в том числе и проведенных в натурных условиях. Развитие вычислительной техники в последние десятилетия оказало существенное влияние на процесс проектирования и эксплуатации объектов ТЭК. Можно выделить несколько основных направлений развития профаммных средств: Разработка профамм автоматизированного проектирования конструктивных элементов, применяемых в ТЭК (сосуды давления, трубопроводы, арматура, насосы и т.п.); - Разработка профаммно-аппаратных комплексов неразрушающего акустико-эмиссионного и ультразвукового контроля, позволяющие обнаруживать дефекты, возникающие в конструкциях в процессе работы; - Разработка программных комплексов для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкций и оценки их ресурса при различных видах нагружения; - Разработка программных комплексов для оптимизации служебных характеристик и других рабочих параметров оборудования и трубопроводных систем; - Разработка информационно-справочных автоматизированных баз данных, обеспечивающих легкий и быстрый доступ административного и оперативного персонала к архивной и служебной информации.
Все эти направления тесно взаимосвязаны с развитием интегральной ИИУС ГРС. Однако для предотвращения аварий ГРС особую роль играет качество прогнозов о предполагаемом моменте разрушения конструкционных элементов или трубы. Проекты новых корпусных изделий, работающих при высоких давлениях, сложных трубопроводных обвязок, арматуры обязательно должны сопровождаться качественными прочностными расчетами для обоснования безопасности и оценки ресурса изделий. Обычно при проектировании используют упрощенный расчет по выбору основных размеров изделия, выполняемый согласно отраслевым нормативным документам. Для обоснования безопасности и ресурса необходимо затем провести поверочный расчет для всех режимов работы и типов нагрузок (статические, циклические, температурные, сейсмические, динамические). Регламенты диагностического обслуживания также должны дополняться программами расчета на прочность, поскольку после обнаружения дефекта необходимо дать прогноз о том, что с ним дальше будет. Будет ли он развиваться, если - да, то, до какого времени еще можно эксплуатировать данный конструктивный элемент с социально приемлемой величиной риска. Для выполнения таких сложных расчетов и применяются программы третьего направления, основанные на современных численных методах [92-96]. Для обоснования прочности и ресурса безопасной службы трубопроводов и элементов оборудования объектов ТЭК необходимо применение методов математического моделирования, в первую очередь для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) этих элементов.
