Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы 7
1.1. Основные принципы методики профессионального отбора 7
1.2. Значение профессионального психофизиологического отбора в деятельности оператора 13
1.3. Роль профессионального отбора операторов в нефтегазовой промышленности 16
1.4. Анализ основных методов количественной оценки надежности человека-оператора 18
1.5. Обзор основных методов анализа риска 23
1.6. Выводы 27
Глава 2. Разработка методики профессионального отбора операторов по добыче газа 28
2.1. Оценка напряженности трудового процесса оператора по добыче газа 28
2.2. Профессиограмма оператора по добыче газа 33
2.3. Подбор методик для исследования профессионально значимых качеств оператора 37
2.4. Обработка результатов тестирования 56
2.5. Выводы 58
Глава 3. Расчет критерия профессиональной пригодности операторов по добыче газа 59
3.1. Постановка задачи 59
3.2. Расчет модели профессиональной пригодности 63
3.3. Проверка гипотез относительно средних 67
3.4. Выводы 70
Глава 4. Оценка показателей надежности деятельности операторов по добыче газа 71
4.1. Методика расчета показателей надежности системы «человек-машина» методом функциональных сетей..71
4.2. Расчет показателей надежности деятельности оператора по добыче газа 75
4.3. Выводы 95
Глава 5. Оценка эффективности проведения профессионального отбора с использованием количественных показателей риска 96
5.1. Краткая характеристика установки комплексной подготовки газа 96
5.2. Основные принципы метода «дерево отказов» 100
5.3. Оценка риска возникновения аварии на УКПГ 102
5.4. Оценка последствий аварии 112
5.5. Расчет количественных показателей риска 116
5.6. Выводы 118
Заключение 119
Литература 121
Приложение 133
- Значение профессионального психофизиологического отбора в деятельности оператора
- Профессиограмма оператора по добыче газа
- Расчет модели профессиональной пригодности
- Расчет показателей надежности деятельности оператора по добыче газа
Введение к работе
Газовая промышленность РФ является бюджетообразующей отраслью экономики и в значительной степени определяет социально-экономическое положение страны. Поэтому важной и актуальной является задача обеспечения надежной и безаварийной работы предприятий газовой отрасли.
Анализ данных производственного травматизма и аварийности показывает, что свыше 70% случаев приходится на так называемый «человеческий фактор».
Среди основных видов деятельности важное место занимает профессия оператора, так как многие технологические процессы в газовой отрасли практически полностью автоматизированы. Деятельность оператора в газовой промышленности характеризуется высокой напряженностью, что может негативно сказаться на качестве решаемых задач и привести к ухудшению функционального состояния работника. Это способствует повышению требований к индивидуальным психофизиологическим и личностным качествам оператора и обуславливает необходимость разработки методики профессионального отбора работников на ведущие профессии операторского типа в газовой отрасли.
Ключевое место в газовой отрасли занимают предприятия по добыче газа, которые являются потенциально опасными объектами, так как для них характерно сосредоточение большого количества взрывоопасных и токсичных веществ.
В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 20 июня 1997 г. № 116-ФЗ одним из основных инструментов, позволяющих разрабатывать и внедрять научно-обоснованные и эффективные
мероприятия по повышению уровня промышленной безопасности, является анализ опасностей и риска.
В настоящее время в существующих методиках при оценке показателей риска учитываются факторы, характеризующие только надежность оборудования, при этом надежность персонала принимается за 100 %. Однако известно, что надежность персонала, особенно в условиях аварийного режима работы, далека от 100% и в значительной степени определяется его профессиональной пригодностью.
В связи с этим в настоящее время и на перспективу актуальной является задача разработки методики профессионального отбора операторов, а также оценки риска возникновения аварии с учетом их профессиональной пригодности.
Цель данной работы состоит в повышении надежности человеко-машинной системы (ЧМС) и снижении риска аварийности и травматизма в газовой промышленности на основе проведения профессионального отбора операторов по добыче газа.
Указанная цель определила постановку и решение следующих задач:
разработка методики профессионального отбора операторов по добыче газа;
расчет критерия профессиональной пригодности, позволяющего разделить операторов на две группы - «успешно» и «условно» пригодных;
разработка математической модели производственной деятельности оператора;
количественная оценка надежности функционирования человеко-машинной системы в случае работы «условно» и «успешно» пригодных операторов;
построение «дерева отказов» для оборудования установки комплексной подготовки газа (УКПГ) с учетом ошибок оператора;
расчет риска возникновения аварии, с учетом показателя надежности производственной деятельности операторов.
Значение профессионального психофизиологического отбора в деятельности оператора
Отличительной особенностью профессий операторского типа является возможность возникновения экстремальных ситуаций, связанных с высокой вероятностью возникновения аварий. Деятельность оператора вследствие действия большого количества эмоциональных факторов (табл. 1.1), характеризуется высоким напряжением психологических, физиологических и психофизиологических функций, что негативно сказывается на качестве решаемых задач и приводит к ухудшению функционального состояния [57-67].
Все это способствует повышению требований к индивидуальным психофизиологическим качествам оператора в системе «человек-машина». В связи с этим основные работы в области профессионального отбора посвящены профессии оператора различного профиля [68-78].
Несмотря на то, что деятельность оператора в ЧМС может носить самый разнообразный характер, в общем виде она может быть представлена в виде следующих основных этапов [79-85]:
1. Прием информации. На этом этапе осуществляется восприятие поступающей информации об объектах управления и тех свойствах окружающей среды, и ЧМС в целом, которые важны для решения задачи, поставленной перед системой «человек-машина». Действия по приему информации включают ряд элементарных сенсорных процессов: обнаружение, различие, опознание и декодирование. Основными психическими процессами, участвующие в приеме информации являются ощущение, восприятие, представление и мышление. Процесс и состояние настройки человека на восприятие приоритетной информации характеризуется вниманием, его уровнем (интенсивностью, концентрацией), объемом (широтой, распределением), скоростью переключения, длительностью и устойчивостью.
2. Анализ и переработка информации. На этом этапе производится сопоставление заданных и текущих режимов работы ЧМС, производится анализ и обобщение информации, выделяются критичные объекты и ситуации и на основании критериев важности и срочности определяется очередность обработки информации. На этом этапе ведущая роль принадлежит процессам памяти и мышления.
3. Принятие решения. Решение о необходимых действиях принимается на основе проведенного анализа и оценки информации, а также на основе других известных сведений о целях и условиях работы системы, возможных способах действия, последствия правильных и ошибочных решений и т.д. Время принятия решения существенным образом зависит от энтропии множества решений. Основной функцией принятия решения является мышление, логические мыслительные действия. Мышления - активный процесс отражения объективного мира в человеческом мозгу в форме понятий, суждений, умозаключений. 4. Реализация принятого решения. На этом этапе осуществляется приведение принятого решения в исполнение путем выполнения отдельных действий (например, дискретных, сенсомоторных) или соответствующих распоряжений.
В газовой промышленности профессия оператора - одна из основных. Операторская деятельность связана с целым рядом опасных и вредных производственных факторов, повышенной напряженностью и монотонностью труда. Установлено [86] , что «человеческий фактор» является одной из основных причин возникновения аварий. Поэтому эффективность и безопасность добычи, транспорта и переработки газа в значительной степени зависит от уровня профессиональной пригодности операторов. В газовой промышленности разработаны методики профессионального отбора для различных операторских профессий: оператор компрессорных и газораспределительных станций; оператор технологических установок на газо-измерительной станции (ГИС); оператор по переработке газа и оператор по добыче газа. Однако существующая в настоящее время методика профессионального отбора операторов по добыче газа имеет определенные недостатки: отсутствует оценка личностных качеств, что важно в условиях повышенной напряженности труда; предложенный знаковый метод для обработки результатов тестирования достаточно сложен для практического использования на производстве.
Профессиограмма оператора по добыче газа
При изучении производственной деятельности оператора по добыче газа были выявлены профессионально важные психофизиологические и личностные качества, которые необходимы для правильного и четкого выполнения производственного процесса.
Для успешной работы оператор должен знать полностью весь технологический процесс, устройство и принцип работы оборудования и приборов, а также уметь оценивать их техническое состояние. Для того чтобы хорошо разбираться в подобных вопросах, необходимо обладать развитым техническим интеллектом.
Кроме того, оператор должен уметь сопоставить фактические значения параметров с номинальными значениями, соответствующими нормальному технологическому режиму работы оборудования. Это требует запоминания большого количества информации, поэтому у операторов должна быть хорошо развита кратковременная и долговременная память.
По изменениям параметров технологического процесса оператор должен предвидеть характер развития работы оборудования в ближайшее время. Это дает ему возможность своевременно принять необходимые меры для предотвращения возможности негативного развития хода технологического процесса. Кроме того, в случае выявления отклонений технологического режима работы оборудования от нормального, оператору необходимо из множества наблюдаемых параметров выделить наиболее существенные из них, чтобы правильно построить тактику работы по нормализации функционирования оборудования. Поэтому профессионально важным качеством оператора по добыче газа является способность к «вероятностному прогнозированию». В процессе деятельности оператору приходится оценивать состояние работающего оборудования по большому количеству контрольно-измерительных приборов. Успешная работа по этим признакам требует от оператора развитых функций внимания: переключения, распределения, концентрации.
При проведении количественной оценки напряженности труда было установлено, что труд оператора является напряженным, поэтому ему необходимо такое личностное качество, как эмоциональная устойчивость.
Таким образом, надежность деятельности оператора по добыче газа определяется такими профессионально важными качествами как внимание, оперативная и долговременная память, наличие хорошо развитого технического интеллекта, способность к прогнозированию развития технологического процесса и личностными качествами: эмоциональная устойчивость, сообразительность и чувство ответственности (табл.2.2).
Для выявленных профессионально значимых качеств, представленных в профессиограмме, были подобраны психодиагностические методики — группы тестов, отвечающие требованиям в отношении их надежности, валидности и практической приемлемости [113]. Психодиагностические методики для выявления состояния, степени развития профессионально важных качеств операторов по добыче газа приведены в табл. 3.2. В соответствии с выбранными методиками были проведены экспериментальные исследования по оценке профессионально важных психофизиологических и личностных качеств (было протестировано 30 операторов). Тестирование проводилось анонимно и на строго добровольной основе. Результаты тестирования приведены в табл. 4.2, где: ? Хі - Результаты по тесту "Расстановка чисел"; ? Хг - Результаты по тесту "Перепутанные линии"; ? Х3 - Результаты по тесту "Механическая понятливость"; ? Х4 - Результаты по тесту "Воспроизведение фигур" (Долговременная память); ? Х5 - Результаты по тесту "Воспроизведение фигур" (Оперативная память); ? Х6 - Результаты по тесту "Исключение лишнего" ? Х7 - Результаты по тесту Р. Кеттелла, фактор "В"; ? Х8 - Результаты по тесту Р.Кеттелла, фактор "С"; ? Хд - Результаты по тесту Р.Кеттелла, фактор "G". Методика предназначена для исследования функций переключения и распределения внимания [114]. Сущность ее заключается в том, что испытуемому необходимо в течение 2 минут расставить в возрастающем порядке в свободных клетках нижнего квадрата числа, расположенные в случайном порядке в 25 клетках верхнего квадрата (рис. 1.2). Инструкция испытуемому.
В верхнем квадрате в случайном порядке размещены выборочные числа от 1 до 99. Ваша задача - правильно и быстро переписать числа из верхнего квадрата — в нижний в строго возрастающем порядке, начиная с самого меньшего числа. Заполнять нижний квадрат надо построчно, вначале клетки верхней строки, затем клетки второй строки и т.д. Если заметите, что пропустили какое-то число, ничего не исправляйте, запишите его в очередную свободную клетку и отметьте. За это время необходимо правильно расставить как можно больше чисел. Просчитывается количество правильно проставленных в нижнем квадрате чисел.
Расчет модели профессиональной пригодности
Исследование связи между результатами тестирования операторов и классами профессиональной пригодности, устанавливаемыми экспертным путем, проводилось с помощью метода дисперсионного анализа.
Пять выделенных классов профпригодности образуют однофакторный эксперимент с 5 уровнями. Результаты тестирования (обобщенная оценка Bt) являются наблюдениями или результатами эксперимента, которые сгруппированы в 5 классов. Математическая модель эксперимента имеет вид: BV=M +TJ+ (4.3) где By обозначает / - й результат на/ - м уровне (г=1, ...,30; j, ...,5), і - номер оператора,/ - номер класса или уровня; ju - общий эффект всего эксперимента, обозначает среднюю обобщенную оценку по тестам для всех уровней; Єу- случайная ошибка в і - м результате на j- м уровне; Tj- эффект/ - го уровня, который рассчитывается по формуле: TJ=M.J-M (5.3) u.#j- средняя оценка j - го уровня. Для выявления наличия существенной разницы в средних результатах тестирования операторов различных классов, была произведена проверка гипотезы (Я0) об отсутствии различия в средних: Tj =0 для всех j (6.3) Если эта гипотеза верна, то никаких эффектов уровней нет и отсутствует связь между классами. В методе дисперсионного анализа для проверки гипотезы применяется F -статистика: SS,„„/Число степеней свободы для SS, „ SSoul/Число степеней свободы для SSotu Где смысл членов формулы (7.3) объясняется ниже. Если F - наблюдаемое (FH ) больше, чем F - критическое (FKp ), то гипотеза Н0 отвергается. В противном случае она принимается. Критические значения F -статистики определялись на 95% уровне значимости (95% доверительной вероятности).
Результаты дисперсионного анализа указывают на существование значимого различия в средних для разных классов. Чтобы найти какие средние существенно различны, а какие нет в данной работе используется критерий Стьюдента. Критические значения / - критерия определялись на 10% уровне значимости (90% доверительной вероятностью).
Если наблюдаемое t - значение (tH), которое определяется по формуле (18.3): разница между средними значениями результатов тестирования значима. Результаты расчета показывают, что отсутствует значимая разница между 5-м и 4-м и между 1-м, 2-м и 3-м классами. В то же время наблюдается значимая разница между 3-м и 4-м классами, следовательно, за критерий профессиональной пригодности была принята средняя оценка для 3 класса равная 0,639.
Таким образом, если оператор по результатам тестирования получает оценку более 0,639, то он считается «успешно» пригодным для выполнения данного вида деятельности. 4. Выводы
В процессе математической обработки результатов тестирования операторов выявлен критерий профессиональной пригодности, соответствующий средней оценке 3 класса (0,639), который позволяет дифференцировать операторов на «успешно» и «условно» пригодных для выполнения данного вида производственной деятельности. На основании полученных результатов, операторы под номерами 1, 3, 6, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 являются «успешно» пригодными, а под номерами 2, 4, 5, 7, 9, 10, 21, 29, 30 «условно» пригодными». Глава 4. Оценка показателей надежности деятельности операторов по добыче газа Как показал сравнительный анализ существующих методов моделирования процессов функционирования ЧМС наиболее мощным и адекватным для этих целей является метод функциональных сетей, являющийся продолжением и развитием формального языка обобщенного структурного метода.
Формализованное описание процессов функционирования ЧМС, деятельности человека в ЧМС осуществляется с помощью ряда модельных элементов. В зависимости от назначения в обобщенно структурном методе различают следующие единицы функционирования: функционеры (основные и дополнительные) и композиционеры (вспомогательные и служебные) [100]. Указанные единицы функционирования являются типовыми для достаточно широкого класса процесса функционирования ЧМС, поэтому их принято называть типовыми функциональными единицами (ТФЕ). Функционеры соответствуют реальным операциям или действиям человека. Основными функционерами являются следующие операции: рабочие, логические (альтернативные) и задержки. Логические операции заключаются в проверке соблюдения некоторого условия и выборе дальнейшего пути реализации функции. Операция задержки не осуществляет каких-либо воздействий на объект и заключается в приостановлении на некоторое время дальнейшей реализации алгоритма процесса функционирования.
Расчет показателей надежности деятельности оператора по добыче газа
Исследования проводились на установке комплексной подготовки газа Оренбургского газового комплекса. Надежность рассчитывалась для деятельности оператора по добыче газа. В процессе работы оператор контролирует следующие основные параметры: ? температура и давление газа на входе в сепаратор 1 ступени; ? температура и давление газа на выходе из сепаратора 2 ступени; ? расход, давление и температура газа на выходе с УКПГ; ? расход и давление топливного газа; ? уровень жидкости в сепараторе 1 ступени; ? уровень водометанольной смеси и конденсата в сепараторе 2 ступени; ? уровень конденсата и водометанольной смеси в факельном сепараторе. Одновременно на пульт оператора передаются данные, характеризующие отклонения от проектных параметров с выдачей сигнала аварийной ситуации. Фиксируются следующие параметры: ? положение пневмоприводных отсекателей; ? уровень жидкости в расходной емкости комплексного ингибитора гидратобразования и коррозии (КИГиК); ? уровень жидкости в емкостях склада метанола; ? уровень жидкости в промсточной емкости; ? работа компрессоров и насосов; ? работа котлов; ? давление в зонде коррозии; ? расход питьевой воды; ? давление в коллекторе конденсата; ? расход в коллекторе конденсата; ? давление газа в факельном сепараторе; ? температура газа в факельном сепараторе; ? давление в дренажных емкостях; ? уровень жидкости в дренажных емкостях; ? содержание сероводорода в воздухе в контрольных точках на площадке и в помещении замерного узла; ? содержание горючих газов и паров в воздухе помещений технологической насосной и замерного узла.
На основании проведенного анализа производственной деятельности оператора была построена функционально-структурная схема деятельности (рис. 1.4). В табл. 3.4 приведен перечень выполняемых оператором операций. Каждой операции, предусмотренной технологией, был поставлен в соответствие функционер из множества типовых функциональных единиц (табл. 1.4), установлена логико - функциональная связь между функционерами с помощью композиционеров.
Полученная таким образом модель процесса деятельности оператора по добыче газа представляет собой функциональную сеть, являющуюся базой для проведения расчетов. Расчет проводился для двух статистически различимых групп операторов («успешно» и «условно» пригодные для данной профессии). УКПГ предназначена для отделения жидких углеводородов и водометанольной смеси. Технологическая схема УКПГ представлена на рис. 1.5. Пластовая газожидкостная смесь (ГЖС) по колонне насосно-компрессорных труб поднимается к устью скважины. От устья скважины ГЖС по шлейфу поступает на блок входных ниток (БВН) УКПГ.
В связи с отсутствием низкотемпературной сепарации на УКПГ предварительная осушка производится методом механической сепарации. С БВН газожидкостная смесь поступает в сепаратор 1 ступени, где за счет снижения скорости потока происходит отделение газа от жидкости. Предварительно отсепарированный газ из сепаратора I ступени проходит теплообменник "газ-газ" и поступает в сепаратор 2 ступени. Теплообменник предназначен для предварительного охлаждения сырого пластового газа, поступающего на дросселирование, потоком холодного отсепарированного газа.
В сепараторе 2 ступени отделение капельной жидкости от газа происходит за счет инерционных сил, возникающих при резком изменении направления движения газа при входе в сепаратор. Разделение жидкости - углеводородного конденсата и водометанольной смеси осуществляется по плотности. Для лучшего разделения жидкостей в сепараторах 2 ступени предусмотрен обогрев змеевиком с горячим диэтиленгликолем.
Отсепарированный газ из сепаратора 2 ступени направляется через теплообменник или минуя его на замерный узел и далее на дожимную компрессорную станцию (ДКС). Углеводородный конденсат (нестабильный), сбрасываемый из сепаратора 2 ступени направляется на замер и далее в конденсатопровод УКПГ-ДКС. Водометанольная смесь направляется на закачку в нагнетательную скважину или на установку регенерации метанола.
Система обогрева аппаратов УКПГ представлена котлами подогрева и системой принудительной циркуляции. Подогрев теплоносителя диэтиленгликоля в котлах ведется открытым пламенем, топливом служит очищенный газ.
На УКПГ для контроля работы эксплуатационных скважин (замер расхода газа, углеводородного конденсата и выносимой пластовой воды) предусмотрен контрольный сепаратор. Для аварийных сбросов существует факельная система, включающая систему трубопроводов, факельный сепаратор, факела высокого и низкого давления, амбар - для сжигания жидкости, накапливающейся в основании факелов.
Для регенерации водометанольной смеси, поступающей с УКПГ существуют установки регенерации метанола.
Для предотвращения образования гидратов и защиты от коррозии к устью газовых скважин по метанолопроводам подается комплексный ингибитор гидратообразования и коррозии (КИГиК). На УКПГ КИГиК подается перед теплообменником. Приготовление КИГиК осуществляется на складе метанола. Закачка КИГиК в скважины и технологические линии производится насосами технологической насосной. Поступление метанола на склад происходит по трубопроводу с базисного склада метанола.
